高饱和磁感强度铁基非晶合金的性能特征与影响机制研究

The Fe-based amorphous alloys show excellent soft magnetic properties and low core-loss ，making them potential wide applications in the fields of electric and electronic industry, transportation and national defense industry, such as replacing conventional magnetic materials in core transducer and other iron core in industry. However, dur to their relative weak glass forming ability and relative low saturation magnetization (or saturation magnetic flux density) comparing to conventional Fe-Si alloy, it is very difficult for Fe-based amoorphous alloys to meet the increasing requirements of industrial development and high technological development. Then, it is neccessary to enhance the glass-forming ability and the magnetic property of the Fe-based amorphous alloys. In this project, the internal relationship and mechanism between magnetic properties and their compositions as well as glass forming ability will be explored. By carefully selecting proper compositions, a series propriate Fe-based metallic glasses with high saturation magnetization and excellent soft magnetic properties will be fabricated under optimized fabication process, to meet the requirement not only from the industry aspect but also from the national high-tech development strategy.

铁基非晶合金因具有优异的软磁性能和低损耗（能耗）可替代传统磁性材料制造变压器/互感器铁芯、电机锭子铁芯等产品，在电力、电子、交通、国防等工业领域具有广泛应用前景。但低的非晶形成能力和远小于传统硅钢片铁芯的饱和磁感强度(Bs)使Fe非晶合金难以满足工业领域发展和高技术发展对其磁学性能的要求。因此，迫切需要进一步提高Fe基非晶合金的非晶形成能力和磁学性能，开发出高性能Fe基非晶合金材料。为此，本项目拟通过研究合金化元素等对高铁含量铁基合金非晶形成能力及磁学性能的影响规律，认识其影响机制，获得优化的高Bs、高性能铁基非晶合金成分范围，开发出提高Fe基非晶合金磁学性能的工艺技术和纳米晶合金晶化组织及磁性性能的调控方法，获得具有自主知识产权、软磁性能优异的Fe基块体非晶合金、非晶合金薄带和纳米晶合金材料，满足工业领域发展和国家高技术发展的战略需求。研究成果对丰富非晶合金理论和工业应用均有重要价值。

本项目针对电力电子等领域对高性能软磁材料的需求，提出了研究高铁含量高性能铁基非晶/纳米晶合金软磁性能的影响因素和影响机制、研发高铁含量高性能铁基软磁非晶/纳米晶合金的研究目标和研究内容。本研究完成了项目的研究任务，实现了项目的预期目标。取得了系列重要研究成果。本项目取得的主要研究进展以下：.本项目通过合金设计研究和实验研究，认识了B、C、Si、P等类金属元素和Co、Cu等金属元素对高铁含量铁基合金非晶形成能力和软磁性能的影响规律，揭示了类金属元素多组元间的交互影响，提出C高P低的高铁含量铁基非晶合金设计思路。发现C元素合金化可显著提高高铁含量铁基非晶合金的饱和磁感强度Bs，并初步认识了其影响机制,研制出了Bs达1.71T、Hc约为1.6A/m的软磁性能优异的铁基非晶合金。研究发现添加Co元素可提高高铁含量铁基合金的非晶形成能力和软磁性能，研发出Bs达1.87T以上的软磁非晶合金带材和Bs达1.70T块体软磁非晶合金。研究还发现添加少量Cu元素时可以制备出高铁含量铁基非晶合金，并通过热处理工艺优化，成功研制出Bs达1.80T、Hc小于5A/m的铁基纳米晶软磁合金。本项目揭示了合金化元素对非晶合金结构弛豫、晶化行为和晶化动力学影响规律，掌握了影响相关非晶合金结构弛豫和纳米晶化的关键因素。本项目研究成果为高性能软磁非晶合金和纳米晶合金研发及工程应用提供了科学依据和实验基础。研发出的部分非晶合金和纳米晶合金可工业化条件下生产，为工程应用提供了性能优异的候选材料。研究成果不仅具有重要的科学意义，还具有重要实用价值。