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鐵基非晶合金具有優異的軟磁性能，在變壓器、電抗器、磁放大器、開關電源等電磁器件中具有廣泛應用前景。然而，淬態鐵基非晶合金的軟磁性能并不好，比如矯頑力較大、磁導率較低。這主要是因為淬態鐵基非晶合金中存在內應力，磁彈耦合作用使得軟磁性能變差。為了改善鐵基非晶合金的軟磁性能，需要降低或消除樣品中的內應力。目前主要通過在玻璃轉變溫度附近退火加速原子弛豫，降低內應力從而改善軟磁性能。但退火處理會惡化力學性能，導致非晶合金變脆，使得條帶加工性能和器件穩定性變差。如何在改善磁性能的同時，保持良好的力學性能，對非晶合金的應用具有十分重要的意義。
退火過程主要是利用弛豫現象調控非晶合金性能，然而非晶合金中存在豐富的弛豫現象。不同弛豫模式之間也存在耦合作用。如何實現不同弛豫模式的精準調控對理解不同弛豫模式對性能的影響規律具有重要意義。
近期中科院寧波材料所宋麗建、何娜娜同學在王軍強和霍軍濤兩位老師的指導下，利用高精度、超快升降溫速率的閃速掃描量熱儀，系統研究了不同合金體系在等溫退火處理條件下的弛豫動力學行為。發現等溫退火過程不是單一的弛豫模式，而是存在從β弛豫向弛豫的轉變過程，如下圖一所示。即低溫短時間退火時，非晶合金經歷β弛豫階段，當退火溫度足夠高或者退火時間足夠長則會觸發弛豫行為。這種等溫轉變過程是排列疏松區域自由體積的湮滅使得原子協同運動增強引起的。這些結果表明可以實現非晶合金中不同弛豫模式的精準調控。
圖一：弛豫激活能隨著退火溫度和退火時間的演化規律，存在從β弛豫向弛豫的轉變過程。
進一步他們通過精準控制鐵基非晶合金中的弛豫模式，研究了不同弛豫模式對鐵基非晶合金軟磁功能特性和力學變形能力的影響。發現不同弛豫模式對鐵基非晶合金的軟磁性能影響存在顯著區別。β弛豫階段能夠有效改善軟磁性能，矯頑力明顯降低，而磁導率明顯升高，同時保持良好的力學性能;弛豫階段對軟磁性能沒有明顯影響，矯頑力和磁導率基本保持不變，但力學變形能力變差，非晶合金變脆，見圖二。說明通過精準調控非晶合金中弛豫模式，可以實現改善軟磁性能而不惡化力學性能。
圖二：等溫退火過程中弛豫激活能、軟磁性能和變形能力隨著退火時間的演化規律。
圖三：鐵基非晶合金弛豫激活能隨溫度和時間的變化，標注的熱處理區意味著綜合性能的提高。
以上工作表明，不同弛豫模式對非晶合金不同性能的影響規律不同，通過精準控制非晶合金中的弛豫模式，可以解決不同性能之間顧此失彼的問題，實現綜合性能的提高，這些結果對改善軟磁非晶合金加工工藝具有重要的意義。相關成果發表在Intermetallics, 93, 101 ，并申請了國家發明專利。
非晶中國大數據中心信息：非晶變壓器過去一直受到詬病是突發短路問題，而產生短路主要原因是：非專業制造鐵心企業在 鐵心退火時更易變脆，在變壓器油里產生很多碎屑造成的。王軍強團隊這成果有望解決這個難題，讓非晶變壓器不再因此造成短路，這對推廣高效節能非晶變壓器有重要意義。
王軍強，中科院寧波材料所研究員，博士生導師。中科院百人計劃特聘研究員，浙江省“千人計劃”人才。
中科寧波材料所宋麗建、王軍強供稿，非晶中國整理編輯。
