韓　燁，朱勝利，井上明久

(天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072)

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鐵基軟磁非晶合金和塊狀金屬玻璃的研究進(jìn)展

韓燁，朱勝利，井上明久

(天津大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072)

摘要：為了研發(fā)新型軟磁材料，鐵基非晶合金帶材、鐵基塊狀金屬玻璃和鐵基納米晶材料等非晶態(tài)合金材料被給予了深度關(guān)注和廣泛研究。近些年，人們在鐵基非晶態(tài)合金材料中獲得了高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、低矯頑力、高磁導(dǎo)率和低鐵芯損耗，使之展現(xiàn)出優(yōu)越的軟磁性能，并且已經(jīng)有商業(yè)化成果問世。介紹了鐵基軟磁非晶合金和塊狀金屬玻璃的發(fā)展概況、歸納了一些最新的研究成果，并展望了其發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：鐵基合金；非晶態(tài)合金；納米晶合金；塊狀金屬玻璃；軟磁材料

0引言

鐵基非晶態(tài)合金是一種具有特殊結(jié)構(gòu)和優(yōu)越性能的新型材料，通過快速凝固在原子層次控制了液態(tài)金屬的排列，使原子排列保持液態(tài)金屬的長程無序狀態(tài)。由于原子排列不規(guī)則、長程無序、沒有晶粒晶界的存在，因而使得該類材料具有極佳的機(jī)械性能、磁性能和耐腐蝕性等優(yōu)點(diǎn)，通過非晶合金演變納米晶的可控性，可以進(jìn)一步得到性能更加優(yōu)異的納米晶和非晶/納米晶復(fù)合結(jié)構(gòu)材料，而且其制備工藝簡單、節(jié)能環(huán)保，被譽(yù)為21世紀(jì)新型綠色節(jié)能材料，得到高度的重視和廣泛而深入的研究。

在1995年以前，鐵基非晶合金的研究和應(yīng)用都是針對粉末和薄帶等低維形態(tài)。通過科學(xué)設(shè)計(jì)鐵基非晶合金的成分，人們獲得了具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、較低的矯頑力、較大的磁導(dǎo)率和較低的鐵芯損耗的鐵基非晶軟磁材料。1975年由美國聯(lián)合化學(xué)公司經(jīng)專利授權(quán)采用平面鑄造技術(shù)制備的(Fe, Co)-Si-B非晶合金條帶[1]，首次實(shí)現(xiàn)了鐵基非晶軟磁材料的商業(yè)化。隨后通過成分優(yōu)化、改進(jìn)制備工藝和非晶合金納米晶化，一大批新型的非晶/納米晶軟磁材料得以開發(fā)和應(yīng)用。例如美國Honeywell公司的Metglas(Fe-Si-B非晶)[2]和日本日立公司的FINEMET(Fe-Si-B-Nb-Cu納米晶)[3]等。

1995年，日本東北大學(xué)井上明久(A. Inoue)課題組首次成功制備得到了鐵基塊狀非晶合金(或稱塊狀金屬玻璃，bulk metallic glass, BMG)Fe-(Ga, Al)-B-C-P[4]。此研究成果的意義在于，人們可以通過科學(xué)設(shè)計(jì)成分提高合金的玻璃形成能力(glass forming ability, GFA)，為進(jìn)一步開發(fā)具有更大尺寸的鐵基BMG提供了可行性。此后，鐵基BMG合金的研究進(jìn)入了一個(gè)高潮，大量新成分合金成功制備，合金的GFA和基本性能不斷增加，且已有商業(yè)化成果問世。

在開發(fā)鐵基非晶合金的過程中，人們積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。例如Si元素能有效改善合金的磁性(因填入Fe3d軌道的電子減少，從而增加了磁矩)[5]，P元素能提高材料的塑性(因Fe-P的鍵合能力相對較弱，導(dǎo)致含F(xiàn)e-P鍵的原子團(tuán)簇抗剪切性降低)[6]，Cr元素能增強(qiáng)材料的耐蝕性(因能在合金表面形成富Cr鈍化保護(hù)膜)[7]等等。適量Cu元素的添加可以控制析出納米晶顆粒的尺寸，以獲得良好的軟磁性能[8]。井上明久在大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上總結(jié)了非晶合金獲得較高GFA需要的3個(gè)條件：(1) 合金成分含有3種及3種以上元素；(2) 不同元素原子半徑有較大差異；(3) 各元素之間的混合熱為負(fù)值[9]。另外，人們對非晶合金的晶化行為、非晶合金的短程有序結(jié)構(gòu)等問題做了深入的理論研究。

近年來，人們在軟磁非晶態(tài)合金開發(fā)和研究又取得了一些重要的成果，不斷推動(dòng)該學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展。本文按照合金形態(tài)和結(jié)構(gòu)的分類，將這些成果進(jìn)行歸納總結(jié)，對該領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)進(jìn)行概括，并展望其未來的發(fā)展趨勢。

1鐵基非晶軟磁合金條帶

1.1鐵基非晶合金

為了進(jìn)一步提高磁性元件的性能和集成化，人們近些年致力于開發(fā)具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的非晶/納米晶軟磁合金成分。1979年，S. Hatta等開發(fā)了Fe86-B14-xCx(5≤x≤7)非晶合金[10]，將飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度從Metglas的1.56 T[2]提高到1.75 T，但是，關(guān)于Fe-Si-B系鐵基非晶合金提高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的研究始終沒有重大突破。直到最近，我們開發(fā)了鐵含量為84%～86%(原子分?jǐn)?shù))的Fe-Si-B-P-(C)合金系[11-12]，將高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度提高到1.73 T，這是到目前為止文獻(xiàn)報(bào)道的最大值。該合金系由于沒有微合金化金屬元素的加入，具有相當(dāng)優(yōu)越的軟磁性能，矯頑力低于5 A/m，起始磁導(dǎo)率可達(dá)12 000。另外，該系列合金具有良好的彎折韌性和耐蝕性(圖 1)。研究表明，隨P元素含量的增加，合金的熱穩(wěn)定性和耐蝕性都有所提升。

圖1(a) Fe84B8.5Si4.5P3合金條帶硬度壓痕掃描電鏡照片[12]，(b) 298 K 3.5mass% NaCl溶液中Fe85Si-B-P合金成分極化阻力與磷含量及晶化溫度差的變化關(guān)系[11]

Fig 1 (a) SEM image of the Fe84B8.5Si4.5P3alloy ribbon with a slip marking generated by indentaion of vickers indenter[12], (b) lots of polarization resistance with P atom content and onset temperature difference of C-free Fe85alloys in 3.5wt%[11]

有研究表明，腐蝕后的鐵基非晶合金軟磁性能會(huì)有一定程度的下降。因此，研究高耐蝕性的新型鐵基非晶合金成分具有重要的意義，國內(nèi)外科研人員也開展了大量的相關(guān)工作。為了提高鐵基非晶合金的耐蝕性，我們將上述體系中部分的Fe用Cr和Nb代替，開發(fā)了82%(原子分?jǐn)?shù))Fe的Fe-(Cr, Nb)-Si-B-P-C合金系[13]。研究表明，Cr和Nb的加入一方面促進(jìn)自腐蝕電位正移使其更容易達(dá)到鈍化狀態(tài)；另一方面促進(jìn)合金表面富Cr鈍化膜的形成，從而大大地提高了合金的耐蝕性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入Cr和Nb的合金其腐蝕電流密度降低了一個(gè)數(shù)量級。另外，該系列合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度可達(dá)1.5 T且具備優(yōu)越的軟磁性能，矯頑力小于5 A/m，起始磁導(dǎo)率可達(dá)15 000。

1.2鐵基納米晶合金

人們發(fā)現(xiàn)將鐵基軟磁非晶合金在一定溫度下退火處理能增強(qiáng)合金的軟磁性。這是因?yàn)橥嘶鹗菇Y(jié)構(gòu)中出現(xiàn)新的結(jié)構(gòu)或新的亞穩(wěn)相，比如團(tuán)簇、納米準(zhǔn)晶相或者納米晶相，可以細(xì)化磁疇結(jié)構(gòu)，明顯降低超額渦流損耗，提高軟磁性能。1988年，日本東北大學(xué)和日立公司合作開發(fā)了鐵基納米晶合金FINEMET (Fe-Si-B-Cu-Nb)并首次實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化[3,14]。隨后，研究者在FINEMET的基礎(chǔ)上，為不斷提升其性能或推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化開展了大量工作。但是，納米晶化后的合金條帶幾乎不可避免地呈現(xiàn)出彎折脆性，一直以來限制了該類材料實(shí)用化的推進(jìn)。最近，我們成功制備了納米晶化后仍呈現(xiàn)出彎折韌性的Fe-Co-B合金系[15]。如圖2所示，該非晶合金彎折后有明顯的剪切帶，表明其在納米晶化后仍呈現(xiàn)彎折韌性。研究表明，納米晶分?jǐn)?shù)在一定范圍內(nèi)是保證條帶韌性所必需的條件。此外，基體析出的納米晶顆粒對條帶增韌起到一定的作用。退火后的合金飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度接近1.7 T，矯頑力低至20 A/m，綜合磁學(xué)性能優(yōu)于廣泛使用的硅鋼材料。這是含有納米晶顆粒的非晶復(fù)合材料展現(xiàn)出彎折韌性的首次報(bào)道，對納米晶軟磁合金的開發(fā)和應(yīng)用具有極其重要的意義。

圖2淬態(tài)和585 K 10 min退火態(tài)Fe-Co-B合金條帶對折180°后折痕掃描電鏡照片[20]

Fig 2 SEM images of Fe65Co20B15subjected to bending deformation through 180°[20]

2鐵基塊狀金屬玻璃軟磁材料

相比非晶磁粉和非晶帶材而言，塊體非晶合金軟磁材料具備更加優(yōu)異的節(jié)能效果。這是因?yàn)椋阂环矫?，塊狀非晶合金因?yàn)楸葞Р木哂懈偷捏w積缺陷，所以表現(xiàn)出更低的矯頑力。一般地，材料的矯頑力(Hc)、磁致伸縮系數(shù)(ls)和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Js)滿足如下關(guān)系[16]

其中，ΔV是體積缺陷(內(nèi)應(yīng)力)，rd是缺陷密度。圖3將一些塊狀金屬玻璃和非晶合金條帶依照矯頑力-磁致伸縮系數(shù)/飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的函數(shù)關(guān)系進(jìn)行匯總[17]。由以上公式可知，矯頑力-磁致伸縮系數(shù)/飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度函數(shù)對應(yīng)直線的斜率越小，材料的體積缺陷越小。不難發(fā)現(xiàn)，塊狀金屬玻璃相對于非晶條帶有更低的體積缺陷，使磁疇結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化，表現(xiàn)出更低的矯頑力。另一方面，塊狀非晶合金具有更高的能量轉(zhuǎn)化效率。非晶帶材需要纏繞或堆疊才能制造出變壓器鐵芯，纏繞或堆疊造成渦流效應(yīng)，影響了其能量轉(zhuǎn)換的效率。因此塊狀非晶合金對于節(jié)能減排，推進(jìn)低碳生活等方面具有更為重要的科研價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

G1Fe80P12B4Si4G2Fe76Al4P12B4Si4G3Fe73Al5Ga2P11C5B4G4Fe72Al5Ga2P11.55C5.2B4.2G5Fe73Al2.86Ga1.14P12.65C5.75B4.6G6Fe77Al2.14Ga0.84P8.4C5B4Si2.6G7Fe78Al2P10B6Ge4G8Fe75Al5P10B6Ge4G9Fe73Al5Ga2P10B6Ge4G10[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4G11[(Fe0.6Co0.4)0.75B0.2Si0.05]96Nb4G12[(Fe0.7Co0.3)0.75B0.2Si0.05]96Nb4G13[(Fe0.8Co0.2)0.75B0.2Si0.05]96Nb4G14[(Fe0.9Co0.1)0.75B0.2Si0.05]96Nb4F1Fe80B20F2Fe78B13Si9F3Fe80B13C7F4Fe80P16C3B1

圖3塊狀金屬玻璃和非晶合金條帶矯頑力-磁致伸縮系數(shù)/飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度關(guān)系的對比[22]

Fig 3 Comparison of the relations between coercivity and magnetostriction/magnetization for glassy and amorphous alloys in Fe-based system[22]

2.1Fe-(Cr, Mo, Nb)-(Si-B-P-C)系軟磁BMG的再開發(fā)

由于向Fe-(Al, Ga)-P-C-B體系中引入少量的Cr, Mo, Nb等元素能提高合金的GFA[18]，研究者移除該系列成分中昂貴的Ga元素，替換為相對廉價(jià)的Cr, Mo, Nb等元素，于2002-2009年開發(fā)了如Fe-Mo-Si-B-P-C, Fe-Cr-Si-B-P-C，(Fe-Si-B)-Nb等一系列軟磁BMG成分[19-22]。研究表明，加入一定量的合金化金屬元素(Cr, Mo等)，能有效提高合金的GFA和耐蝕性，但同時(shí)會(huì)影響軟磁性能，使塊狀的非晶合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度略低于非晶條帶的水平(不低于1.4 T)，矯頑力也會(huì)有所增大。這是由于添加的合金化元素引起了磁疇結(jié)構(gòu)的改變，影響了材料的磁化行為。

通過增大Fe元素含量、調(diào)整其它合金化元素配比等手段，人們在已有合金的基礎(chǔ)上開發(fā)了新的成分，以提高GFA和軟磁性能。例如在BMG合金Fe76Mo2-Si2P10C7.5B2.5(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.34 T)的研究基礎(chǔ)上[23]，將鐵含量提高到80%(原子分?jǐn)?shù))，有研究者在Fe-Mo-Si-B-P-C系合金中開發(fā)了飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度提升至1.64 T，壓縮屈服強(qiáng)度3 040 MPa，塑性變形3.6% 的新成分合金[24]。一般來說，隨著Fe含量的增加，合金的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度也會(huì)增加，但同時(shí)會(huì)引起GFA的下降[25]。但由于Mo的加入使得原子半徑序列的差異增大，使得該成分有足夠GFA形成塊狀單相非晶結(jié)構(gòu)。

又如在BMG合金Fe77P7B13Nb3(飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.3 T和矯頑力2.0 A/m)的研究基礎(chǔ)上[26]，日本東北大學(xué)和NEC公司聯(lián)合開發(fā)了Fe-(Cr, Nb)-P-B合金系[27]，該合金在少量增加Fe含量的同時(shí)調(diào)整其它元素配比，同時(shí)獲得了優(yōu)良的軟磁性能和耐蝕性，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.25～1.35 T。另外，較低的矯頑力(2.5～3.1 A/m)使磁芯具有較低的鐵芯損耗(653～881 kW/m3)，是含Cr硅鋼鐵芯的四分之一，其能量轉(zhuǎn)化率也大大提高。該合金于2009年商業(yè)化，命名為SENNTIX。

2.2鐵鈷基軟磁BMG的開發(fā)

如上所述，增加Fe元素含量會(huì)導(dǎo)致GFA下降,而將成分中部分Fe用Co代替，不但可以提高合金成分的GFA，而且還能改善其軟磁性能，使之具有更低的矯頑力和更高的磁導(dǎo)率以及較高的居里溫度[28]，得到各國研究者高度的重視和廣泛的研究，成為軟磁BMG領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

有研究者將Fe-Mo-Si-B-P-C合金中部分的Fe用Co代替，得到的合金Fe66Co10Mo3.5P10C4B4Si2.5[29]，直徑達(dá)到5 mm，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.23 T，矯頑力1 A/m，最大磁導(dǎo)率可達(dá)4.0×105。又如，井上明久等向(Fe, Co)-Si-B合金中加入2%～4%的Nb導(dǎo)致其從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)得到Fe-C-Si-B-Nb合金。其中[(Fe0.5-Co0.5)75B20Si5]96Nb4[30]，直徑達(dá)到7.7 mm。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度超過1.3 T，矯頑力低于1 A/m，起始磁導(dǎo)率20 000，而且磁導(dǎo)率能在相當(dāng)寬的頻率范圍內(nèi)保持超過104的數(shù)量級[31]。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還表明，該合金的磁致伸縮系數(shù)接近于零(10-7數(shù)量級)，這是該合金具有較低矯頑力的原因。通過進(jìn)一步調(diào)整成分，我國清華大學(xué)于2015年報(bào)道了飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到1.65 T的Fe-Co-Mo-P-C-B-Si 塊狀合金[32]，這是目前鐵基BMG所能達(dá)到的最大值。

最近，人們從短程有序結(jié)構(gòu)(SROS)角度討論了Co的添加對軟磁性能的影響。例如，由于化學(xué)取向不同，使Fe更易與B結(jié)合而Co更易與Si結(jié)合，分別形成類似fcc和bcc的原子團(tuán)簇，結(jié)構(gòu)的偏聚引起原子間距決定的交換積分值增大，導(dǎo)致居里溫度的升高[33]。另有研究表明，F(xiàn)eCo合金中SROS Fe3Co型原子團(tuán)簇由于具有較大的磁矩，對飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值做出貢獻(xiàn)[34]。

3鐵基塊狀金屬玻璃的納米晶化

3.1Fe-(Co)-Si-B-Nb-Cu系納米晶合金

在FINEMET成分(Fe-Si-B-Nb-Cu)的基礎(chǔ)上，研究者調(diào)整元素配比，在該合金系中制備得到了直徑0.5 mm的Fe72.5Si10B12.5Nb4Cu1合金[35]。在883 K退火5 min后，基體內(nèi)析出bcc-Fe，獲得了軟磁性能的提升，矯頑力低至1.8 A/m，磁導(dǎo)率達(dá)到32 000，均優(yōu)于非晶態(tài)。隨后，他們又研究了增加Co元素的Fe-Co-Si-B-Nb-Cu合金系。例如最大直徑1.5 mm的Fe62.8-Co10B13.5Si10Nb3Cu0.7合金[36]，在873 K退火5 min后，觀察到基體中均勻著粒徑10～15 nm的bcc-Fe，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.35 T，矯頑力5 A/m。G. Herzer采用隨機(jī)各向異性模型研究了納米晶晶粒尺寸同矯頑力和起始磁導(dǎo)率的關(guān)系[37]。結(jié)果表明矯頑力同晶粒尺寸的六次方成正比，起始磁導(dǎo)率同晶粒尺寸的六次方成反比，所以將晶粒尺寸控制在10 nm的數(shù)量級可以獲得1 A/m以下的矯頑力和104以上的起始磁導(dǎo)率，這解釋了納米晶化之所以能提升材料軟磁性的原因。

3.2Fe-P-B-Nb-Cu系納米晶合金

研究者在Fe-Nb-B合金系的基礎(chǔ)上加入P和Cu元素制備了Fe89.4Nb6B8P1Cu0.5合金[38]。該合金在非晶的基體中分布著粒徑10 nm的bcc-Fe，獲得了優(yōu)良的軟磁性能，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度1.6 T，矯頑力4.7 A/m，磁導(dǎo)率41 000，鐵芯損耗低至0.11 W/kg。隨后，他們在合金中加入Si元素，去掉Nb元素，保留極少量的Cu元素以確保納米晶形成，開發(fā)了Fe-Si-B-P-Cu合金系。其中Fe81.7Si9B7P2Cu0.3[39]合金在非晶基體中分布著粒徑3 nm的bcc-Fe納米晶顆粒，經(jīng)退火后晶粒尺寸增長到10 nm，獲得了優(yōu)良的軟磁性能, 飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到 1.9 T，這是納米晶合金報(bào)道的最高值。

4通過改進(jìn)制備工藝提高玻璃形成能力的研究

通過改進(jìn)制備工藝，人們在增大鐵基非晶合金玻璃形成能力的研究方面也取得了極有價(jià)值的成果。

4.1溶劑提純(fluxing)技術(shù)的應(yīng)用

雖然首次鐵基非晶合金是在Fe-P-C體系內(nèi)制備成功的[40]，但是一直以來因Fe-P-C體系的GFA較低，不易制備成大尺寸的BMG。直到2012年，我國新疆大學(xué)首次報(bào)道了鐵基BMG Fe80P13C7的成功制備[41]，填補(bǔ)了這一空白。研究者采用焊槍熔煉-溶劑提純-水淬的方法，顯著提高了該成分的GFA，成功制備了直徑2 mm的非晶棒材，如圖4所示。其壓縮屈服強(qiáng)度達(dá)到3 230 MPa，塑性變形量1.1%，飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到了1.53 T。作者認(rèn)為，采用B2O3和CaO溶劑將熔融母合金提純可以有效去除母合金中的雜質(zhì)，配合水淬技術(shù)的使用，是成功制備該BMG合金的關(guān)鍵。

圖4Fe80P13C7合金1.5 mm棒材外觀及TEM高分辨像和選區(qū)電子衍射圖

Fig 4 Some as-prepared bulk magnetic Fe80P13C7amorphous alloy rods with different diameters are displayed and cross-section high-resolution TEM image of the specimen with a diameter of 2 mm and the corresponding electred area electron diffraction pattern

值得一提的是，該合金在不含B元素的情況下，仍具備較強(qiáng)的玻璃形成能力和屈服強(qiáng)度，使人們長期以來期望去掉B元素降低成本的設(shè)想成為可能。而且其具有較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度，有開發(fā)成為新型軟磁材料的潛力，已經(jīng)引起了一些科研院所和企業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)的關(guān)注和跟進(jìn)研究[42-43]。

4.2保護(hù)氣氛對提高GFA作用的研究

一直以來，人們都認(rèn)為制備過程中氧氣的存在會(huì)影響合金的GFA。2014年，我國中科院材料所報(bào)道了將鑄造的保護(hù)氣氛由氬氣換為氧氣而提高了Fe76Si9-B10P5的GFA的研究[44]。與此同時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明合金的軟磁性能和氣氛的種類無關(guān)。作者認(rèn)為，氧氣的存在增大了熔融母合金的表面張力，減少了晶化的形核率，從而增大了其單相非晶的最大尺寸。

將氬氣更換為氧氣，不但可以提高合金的GFA，而且可以使氣氛的條件更易控制，同時(shí)降低了成本，對鐵基非晶合金的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化都將起到推動(dòng)作用?？梢灶A(yù)見，此方法將會(huì)在今后該領(lǐng)域的研究中得到重視和廣泛采用，從而進(jìn)一步提高制備鐵基非晶材料的最大尺寸。

5結(jié)論

為了進(jìn)一步推進(jìn)鐵基非晶態(tài)合金的研究和應(yīng)用，開發(fā)大尺寸(大玻璃形成能力)、高性能(同時(shí)具備優(yōu)良軟磁性能、力學(xué)性能、耐磨性、耐蝕性等的綜合性能)、低成本(將合金成份中的稀土元素及其它價(jià)格昂貴的元素替換為工程材料中更常見的元素以降低原料成本、改進(jìn)制備工藝以降低生產(chǎn)成本等)的鐵基軟磁BMG，已經(jīng)成為各國研究者工作的重點(diǎn)內(nèi)容?；阼F基BMG軟磁材料展現(xiàn)的重要應(yīng)用價(jià)值和廣闊市場前景，開發(fā)新型大尺寸非晶軟磁合金成分，進(jìn)一步增加飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度值，并同時(shí)獲得較高強(qiáng)度硬度、較高耐磨性，一定的塑性和優(yōu)良耐蝕性將是研究者繼續(xù)研究并努力的方向。

隨著該類材料的優(yōu)良性能不斷被挖掘，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒏訌V闊。在此過程中，我們需加強(qiáng)創(chuàng)新性基礎(chǔ)研究，爭取在未來的國際非晶材料研究領(lǐng)域中，使中國具有更多自主知識產(chǎn)權(quán)的科研成果和更高的學(xué)術(shù)地位。

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The development of Fe-based soft magnetic amorphous and bulk metallic glassy alloys

HAN Ye, ZHU Shengli, INOUE Akihisa

(School of Material Science and Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China)

Abstract:As guide lines to develop a new soft magnetic material, much attention has been paid to the three development ways by utilizing nonequilibrium phases of amorphous, nanocrystalline and bulk glassy alloy phases. Recently, Fe-based amorphous alloys with excellent soft magnetic properties such as high saturation magnetization, low coercivity, high permeability and low core losses have been synthesized and commercialized. This paper aims to clarify the recent development of Fe-based soft magnetic alloys and bulk metallic glass, to summarize some important research achievement and to prospect the research tendencies for Fe-based soft magnetic amorphous/glassy alloys.

Key words:Fe-based alloys; amorphous alloys; nanocrystalline alloys; bulk metallic glassy alloys; soft magnetic materials

DOI:10.3969/j.issn.1001-9731.2016.03.006

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TG132.2

作者簡介：韓燁(1983-)，男，天津人，博士，師承井上明久教授，從事軟磁非晶合金和納米晶合金材料相關(guān)研究。

基金項(xiàng)目：中國博士后科學(xué)基金面上資助項(xiàng)目(2014M560186)

文章編號：1001-9731(2016)03-03027-06

收到初稿日期：2015-04-07 收到修改稿日期：2015-07-15 通訊作者：韓燁，E-mail: hanye7_4@163.com