全球对能源效率的重视以及智能电网基础设施的扩展，加剧了对电力传输系统中先进软磁材料的需求[1]。由于其沿轧制方向的高磁导率和低铁损耗（这得益于其明显的{110}〈001〉织构[2]，取向硅钢（GOSS）在这一应用中不可或缺。尽管具有这些优势，GOSS仍存在固有的功率损耗——包括磁滞损耗、涡流损耗和异常损耗[3,4]，这些损耗限制了运行效率并产生了热量和噪音。因此，开发有效的策略来最小化这些损耗是电气钢技术的主要目标。
已经探索了多种方法来提高GOSS的磁性能。这些方法包括优化织构[[5], [6], [7], [8]]、增加硅含量[9,10]、减小板材厚度[9,11]以及应用表面绝缘涂层[[12], [13], [14], [15]]。最初，绝缘涂层主要用于提供层间电气绝缘，从而减少层间涡流[9,16]。后来发现，这些涂层还通过向基材施加拉伸应力来改善GOSS的磁性能[17,18]。这种应力源于涂层与GOSS基材在退火和冷却过程中的热膨胀系数（CTE）不匹配。它促进了磁畴的细化，从而减少了异常损耗和磁致伸缩[19,20]。
最近的研究集中在使用先进的涂层材料来调节这种应力。早期研究探索了基于氮化物的硬质涂层，如TiN[13,15]和CrAlN[21]，这些涂层能有效施加应力并显著降低磁芯损耗和磁致伸缩。例如，1.2 μm厚的TiN涂层将磁芯损耗降低了0.18 W/kg（1.7 T，50 Hz）[13]，而CrAlN涂层将磁致伸缩降低到接近零的水平[21]。然而，这些方法通常需要复杂的沉积技术，如化学气相沉积（CVD）或磁控溅射，这些技术涉及复杂的工艺控制。最近，无电镀技术被用于沉积Co-P-碳纳米管[19]和Co-Ni-P[12]涂层，这些涂层具有较高的沉积速率，并可将功率损耗降低多达15%。
尽管有这些创新，基于磷酸盐的涂层仍然是行业标准，因为它们在性能和成本效益之间取得了平衡。典型的配方包括磷酸二氢铝、硅溶胶和铬酐。在固化过程中，这些成分形成一层致密的非晶层，提供了优异的绝缘性和耐腐蚀性[8]。然而，传统磷酸盐涂层施加的拉伸应力往往不足以实现最佳的磁畴细化。为了解决这个问题，人们开发了改进的配方。例如，将原位形成的磷酸钾锆（KZP）掺入涂层中，由于KZP的CTE较低，从而增加了拉伸应力，使得磁芯损耗降至1.049 W/kg（1.7 T，50 Hz），磁感应强度达到1.938 T（800 A/m）[14]。
拉伸应力的大小主要取决于涂层与GOSS基材之间的CTE差异[18]。因此，将CTE极低的成分掺入涂层中是一种有前景的方法，可以增强这种有益的应力。钛酸铝（AT）是一种先进的陶瓷材料，以其极低的CTE（0.2-1.0×10?6°C?1）、低热导率（0.9至1.5 W·m-1 K?1）和优异的耐热冲击性而闻名[22]。这些特性使其应用于耐火材料[23]、汽车发动机部件[24]、航天器热防护系统[25]等领域。它还是一种有效的添加剂，可用于提高陶瓷基复合材料的热性能[25,26]。这些独特的性质使其成为增加涂层中拉伸应力的理想选择。
在本研究中，我们将AT颗粒掺入基于磷酸盐的绝缘涂层中，以提高GOSS的磁性能和耐腐蚀性。通过改变AT的含量，我们阐明了陶瓷诱导的应力、涂层微观结构与电气钢性能之间的关系。我们的发现为制造下一代能源系统的高性能绝缘涂层提供了一种实用策略。
