应力诱导的各向异性在基于铁的纳米晶合金中表现为MHz稳定性磁导率的变化

《Science China-Materials》：Stress-induced anisotropy for MHz-stable permeability in Fe-based nanocrystalline alloys

纳米晶FeCoNbMoSiBCu合金经拉伸应力退火处理后，晶粒尺寸（≤11 nm）保持稳定，但单轴各向异性常数Ku从22.5 J/m3激增至665 J/m3，磁畴宽度由110 μm缩减至36 μm，磁化机制从壁位移转向旋转主导。高应力（如300 MPa）虽降低低频磁导率（μe≈585），但实现1 kHz-10 MHz宽频带稳定性（μe≈585），50 MPa时μe≈2330稳定至1 MHz。应力诱导各向异性显著提升高频性能，为精密电流变压器、EMC滤波器等高频器件提供材料设计新思路。

　　

摘要

拉伸应力退火（TSA）是一种有效的方法，可用于调节纳米晶软磁合金的磁各向异性和高频性能。在本研究中，我们系统地探讨了TSA对Fe_69.5Co₃Nb₂Mo_1.5Si₁₄B₉Cu₁纳米晶合金的微观结构、磁畴演变以及磁导率稳定性的影响。在施加的所有应力范围内（0–300 MPa），这些合金仍保持超细的晶粒尺寸（?11 nm），但诱导出的单轴各向异性常数（K_u）从22.5 J/m³急剧增加到665 J/m³。这种K_u的增加细化了磁畴结构，使平均畴宽从110 μm减小到36 μm，并将磁化机制从畴壁位移转变为以旋转为主的反转方式。通过对K_u、磁畴结构和有效磁导率（μ_e）之间的定量分析发现，较高的应力在低频时抑制了μ_e的值，但提高了频率稳定性：在50 MPa下，μ_e约2330可维持到1 MHz；而在300 MPa下，μ_e在1 kHz至10 MHz范围内保持恒定，约为585。这些研究结果表明，应力诱导的各向异性是控制高频磁响应的关键因素，为设计用于精密电流变压器、电磁干扰（EMC）滤波器和MHz级电力电子设备的下一代软磁材料提供了理论依据和实用框架。