·1164. 工程科学学报，第40卷，第10期 Fe-Si-B-P、Fe-P-B等 1.25,1.5)纳米晶合金.其中Fe2 &s SiaBsP,Cu1.25纳 与Finemet合金类似，通过在Fe-Si-B合金的 米晶合金软磁性能最优，饱和磁化强度达到1.83T, 基础上添加Cu或Nb并进行成分调控仍然是研究 矫顽力为2.1Am-1,磁导率为31600.他们还研究 热点之一.日本的研究人员系统研究了高Fe含量 了P元素的添加对Fea.Si,Cua.,B2-P纳米晶合金 的Fe-Cu(Nb)-Si-B纳米晶合金的纳米晶析出行 软磁性能的影响[们.研究发现，当P原子数分数添 为以及软磁性能.Ohta与Yoshizawat4o]就Si元素的 加到6%时，Feg3Si,Cuo,B。P,表现出最优异的软磁 添加对Fe2.6sCu1.35SiB16-.（x=0~7)合金的磁性能 综合性能，饱和磁化强度达到1.77T,矫顽力为4.2 影响进行了研究.其中，Fe26sCu1.sSi2B:的饱和磁 Am1,磁导率为11600.2014年，沈宝龙[5]课题组 化强度达到1.84T,矫顽力为6.5Am-1,生成纳米 还报道了具有优异软磁性能的Fe4 Bs.Si4sP,非晶 品尺寸在20nm左右.该合金不含Zr、Nb等贵重元 合金.该合金退火后得到纳米晶，磁性能优异，饱和 素，成本低，因而综合性能优异.2009年，为了降低 磁化强度达到1.7T,矫顽力为6.2Am1,磁导率为 纳米晶的矫顽力，Ohta与Yoshizawa进一步优化成 8300.同年，日本东北大学的Sharma等开发出饱和 分，获得了Fe4--,CuNb,Si,B2(x=0.0-1.4,y= 磁化强度达到l.85T的Fess Si2BgP4Cu1纳米晶合 0.0~2.5)纳米晶合金a).其中，FeCu,Nb,Si,B2 金[6]，该合金矫顽力为6A·m-1.2015年，南京航空 的饱和磁化强度达到1.78T,矫顽力仅为3.2A· 航天大学的Liu等报道了具有优异磁性能的Feg1Si, m'.该合金低矫顽力的特点主要是由于Nb元素 B2-PzCu1M(M=Cr,Mn和V;x=0,1,2,3)纳米 阻止了纳米品粒长大，退火后纳米晶粒的尺寸仅为 晶合金[).其中Fes!Si,BoP,Cu,V,饱和磁化强度达 15 nm 到1.72T,矫顽力为8.1Am1. 多类金属组元的添加有望进一步提高合金中 20l6年，日本东北大学的Takenaka等报道了非 Fe的含量.最典型的为Inoue[2研究组报道的牌号 常具有工业化前景的(Fegs.Siu.sBg.sP3.sCag)gC,纳 为Nanomet的Fega.3Si,Bs Pa Cuo.7和Feg4.3Si,BgP, 米晶合金).由图5可以看出，微量碳的添加使得 Cua,合金，它们的饱和磁化强度分别达到1.88T和 合金的非品形成能力得到提高，与添加C0元素的 1.94T,矫顽力分别为7Am1和10Am1,磁导率 合金类似，而且，该合金的磁性能仍未降低，它的饱 分别为25000和16000.沈宝龙]课题组报道了微 和磁化强度高达1.83T,矫顽力为4.5Am- 量铜添加的Fe4-.Si4BgP4Cu(x=0,0.75,1.0, 表4为高饱和磁化强度铁基纳米晶合金软磁性 40 20 纳米品条带 。H (b) 非晶 非品+微量晶化 18 Fegs-SinsBsPCuas 30 R O C0 ① ① 日25 Fess2SinsB3P.Cuas (FessSinsBosPCundoC 16 (FessSiasBosP.CuoC +Fe1Co,SiB,PC山8 O O ① 15A H≤10Am- Fes Co SiosBsP Cuns 10 12 O 0 0 15 20 25 30 40 152025303540455058 薄带厚度m 薄带厚度m 图5不同厚度的(Fcs.2Sia5B.sP,Cu.8)1m-C,和Fe1.,Co4Sia.sB,.5P,Cag薄带的非晶形成能力(a)及矫顽力、饱和磁化强度变化 (b)【8] Fig.5 Variations of amorphous-forming ability (a).He and B.(b)as a function of ribbon thickness for Fess.2Sio.s B9.s P Cua.s)100-C,ribbons and Fes1.2CoSios BsPCuas ribbons[] 能汇总，可以看出，对于高饱和磁化强度铁基纳米品 B-P-Cu、Fe-Si-B-P、Fe-Cu-Nh-Si-B、Fe-M-B 合金的研究主要是通过改变纳米晶内部结构或者加 (M=Zx,H)等.它具有高饱和磁化强度和磁导率 入某些合金元素提高铁元素的含量来实现饱和磁化 的同时，矫顾力和铁损又比较低，是一类非常具有应 强度的提高，主要合金体系有：Fe-Si-B-Cu、Fe-Si- 用前景的软磁材料.工程科学学报,第 40 卷,第 10 期 Fe鄄鄄 Si鄄鄄B鄄鄄P、Fe鄄鄄P鄄鄄B 等. 与 Finemet 合金类似,通过在 Fe鄄鄄 Si鄄鄄 B 合金的 基础上添加 Cu 或 Nb 并进行成分调控仍然是研究 热点之一. 日本的研究人员系统研究了高 Fe 含量 的 Fe鄄鄄Cu(Nb)鄄鄄 Si鄄鄄B 纳米晶合金的纳米晶析出行 为以及软磁性能. Ohta 与 Yoshizawa [40]就 Si 元素的 添加对 Fe82郾 65Cu1郾 35 Si xB16 - x(x = 0 ~ 7)合金的磁性能 影响进行了研究. 其中,Fe82郾 65Cu1郾 35 Si 2B14的饱和磁 化强度达到 1郾 84 T,矫顽力为 6郾 5 A·m - 1 ,生成纳米 晶尺寸在 20 nm 左右. 该合金不含 Zr、Nb 等贵重元 素,成本低,因而综合性能优异. 2009 年,为了降低 纳米晶的矫顽力,Ohta 与 Yoshizawa 进一步优化成 分,获得了 Fe84 - x - yCuxNbySi 4B12 (x = 0郾 0 ~ 1郾 4, y = 0郾 0 ~ 2郾 5)纳米晶合金[41] . 其中,Fe82 Cu1Nb1 Si 4 B12 的饱和磁化强度达到 1郾 78 T,矫顽力仅为 3郾 2 A· m - 1 . 该合金低矫顽力的特点主要是由于 Nb 元素 阻止了纳米晶粒长大,退火后纳米晶粒的尺寸仅为 15 nm. 多类金属组元的添加有望进一步提高合金中 Fe 的含量. 最典型的为 Inoue [42]研究组报道的牌号 为 Nanomet 的 Fe83郾 3 Si 4 B8 P4 Cu0郾 7 和 Fe84郾 3 Si 4 B8 P3 Cu0郾 7合金,它们的饱和磁化强度分别达到 1郾 88 T 和 1郾 94 T,矫顽力分别为 7 A·m - 1和 10 A·m - 1 ,磁导率 分别为 25000 和 16000. 沈宝龙[43]课题组报道了微 量铜添加的 Fe84 - x Si 4 B8 P4 Cux ( x = 0, 0郾 75, 1郾 0, 1郾 25, 1郾 5)纳米晶合金. 其中 Fe82郾 85 Si 4B8P4Cu1郾 25纳 米晶合金软磁性能最优,饱和磁化强度达到 1郾 83 T, 矫顽力为 2郾 1 A·m - 1 ,磁导率为 31600. 他们还研究 了 P 元素的添加对 Fe83郾 3 Si 4Cu0郾 7B12 - xPx纳米晶合金 软磁性能的影响[44] . 研究发现,当 P 原子数分数添 加到 6% 时,Fe83郾 3 Si 4Cu0郾 7B6P6表现出最优异的软磁 综合性能,饱和磁化强度达到 1郾 77 T,矫顽力为 4郾 2 A·m - 1 ,磁导率为 11600. 2014 年,沈宝龙[45]课题组 还报道了具有优异软磁性能的 Fe84 B8郾 5 Si 4郾 5 P3 非晶 合金. 该合金退火后得到纳米晶,磁性能优异,饱和 磁化强度达到1郾 7 T,矫顽力为6郾 2 A·m - 1 ,磁导率为 8300. 同年,日本东北大学的 Sharma 等开发出饱和 磁化强度达到 1郾 85 T 的 Fe85 Si 2 B8 P4 Cu1 纳米晶合 金[46] ,该合金矫顽力为6 A·m - 1 . 2015 年,南京航空 航天大学的 Liu 等报道了具有优异磁性能的 Fe81 Si 4 B12 - xP2Cu1Mx(M = Cr, Mn 和 V; x = 0,1,2,3)纳米 晶合金[47] . 其中 Fe81 Si 4B10P2Cu1V2饱和磁化强度达 到 1郾 72 T,矫顽力为 8郾 1 A·m - 1 . 2016 年,日本东北大学的 Takenaka 等报道了非 常具有工业化前景的(Fe85郾 7 Si 0郾 5B9郾 5P3郾 5Cu0郾 8 )99C1纳 米晶合金[48] . 由图 5 可以看出,微量碳的添加使得 合金的非晶形成能力得到提高,与添加 Co 元素的 合金类似,而且,该合金的磁性能仍未降低,它的饱 和磁化强度高达 1郾 83 T,矫顽力为 4郾 5 A·m - 1 . 表 4 为高饱和磁化强度铁基纳米晶合金软磁性 图 5 不同厚度的( Fe85郾 2 Si0郾 5 B9郾 5 P4 Cu0郾 8 )100 - x Cx 和 Fe81郾 2 Co4 Si0郾 5 B9郾 5 P4 Cu0郾 8 薄带的非晶形成能力( a) 及矫顽力、饱和磁化强度变化 (b) [48] Fig. 5 Variations of amorphous鄄forming ability (a), Hc and Bs(b) as a function of ribbon thickness for (Fe85郾 2 Si0郾 5 B9郾 5 P4 Cu0郾 8 )100 - xCx ribbons and Fe81郾 2Co4 Si0郾 5B9郾 5 P4Cu0郾 8 ribbons [48] 能汇总,可以看出,对于高饱和磁化强度铁基纳米晶 合金的研究主要是通过改变纳米晶内部结构或者加 入某些合金元素提高铁元素的含量来实现饱和磁化 强度的提高,主要合金体系有:Fe鄄鄄 Si鄄鄄B鄄鄄Cu、Fe鄄鄄 Si鄄鄄 B鄄鄄P鄄鄄Cu、Fe鄄鄄 Si鄄鄄 B鄄鄄 P、Fe鄄鄄 Cu鄄鄄 Nb鄄鄄 Si鄄鄄 B、Fe鄄鄄 M鄄鄄 B (M = Zr,Hf)等. 它具有高饱和磁化强度和磁导率 的同时,矫顽力和铁损又比较低,是一类非常具有应 用前景的软磁材料. ·1164·