《JAC》柯海波、王倩倩等工作：低溫熱循環改善軟磁性鐵基金屬玻璃退火后的延展性

發布日期：2023-07-31 瀏覽次數：3138

鐵基金屬玻璃由于具有高飽和磁通密度、低矯頑力、低鐵心損耗等優異的軟磁性能而引起了人們的極大興趣。低于結晶溫度的退火是制造過程中釋放殘余應力并獲得更好軟磁性能的重要步驟，但這一過程加速了非晶基體的結構弛豫，往往導致塑性急劇惡化，給后續加工帶來極大不便。為了降低鐵基金屬玻璃退火后的脆性，人們進行了大量的研究，如成分改性。加入Ni/Mo等泊松比高的元素可以有效提高退火后的韌脆轉變溫度，降低退火后的脆性，然而這種方法通常伴隨著犧牲軟磁性能或玻璃形成能力。近年來，研究證明回春是提高金屬玻璃塑性變形能力的有效方法。回春是與松弛相反的狀態，對應于更高的能量狀態和更無序的結構。深冷循環方法使樣品在高溫和低溫之間循環，與一些機械方法相比，該方法簡便易行，不受樣品尺寸的限制。它對鐵基金屬玻璃的軟磁性能幾乎沒有不利影響。以往有報道稱深冷循環處理能有效提高鑄態[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金屬玻璃的抗壓塑性和拉伸塑性。然而，深冷循環處理是否對退火樣品有作用仍是未知的。深冷循環的回春作用是由熱循環過程中的內應力引起的，由熱膨脹系數的局部差異引起。深冷循環處理前的初始結構似乎起著重要作用，納米級團簇和自由體積受深冷循環處理的影響十分顯著。在退火過程中弛豫行為往往伴隨著自由體積的湮滅，從而導致金屬玻璃均勻的結構。雖然深冷循環處理似乎對軟磁性能沒有影響，但其潛在的機制尚不清楚，對磁疇結構的影響很少被報道，值得進一步探索。

基于此，來自松山湖材料實驗室、東南大學等單位的研究人員將深冷循環處理結合短時退火處理應用于[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金屬玻璃條帶。在較短的退火時間內保留了自由體積和不均勻結構。深冷循環處理后軟區尺寸增大，有利于剪切帶的萌生和分支，導致彎曲塑性應變的增強。結果表明，深冷循環處理可以使鐵基金屬玻璃具有優異的軟磁性能和彎曲塑性。相關研究成果以“Improved ductility of annealed Fe-based metallic glass with good soft magnetic property by cryogenic thermal cycling”為題在Journal of Alloys and Compounds上發表。

總之，研究人員發現在較短的退火時間內，深冷循環處理能有效降低退火對[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金屬玻璃塑性的抑制。深冷循環后軟區尺寸增大，有利于塑性增強。雖然深冷循環后軟區較大，但樣品的疇結構和矯頑力基本保持不變。結合適當的退火和深冷循環處理，可以獲得軟磁性能好、彎曲變形能力強的綜合性能優異的鐵基金屬玻璃。研究結果非常有利于鐵基金屬玻璃的加工，有效地降低了生產成本，提高了產品的穩定性和安全性。這項工作將極大地促進和擴展鐵基金屬玻璃作為軟磁材料在下一代電子器件、高頻電機、電源等領域的應用。

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