鐵基軟磁非晶合金在變壓器、電機、傳感器等電力電子器件中具有廣闊的應用前景，是重要的節(jié)能和綠色環(huán)保新材料。軟磁性能和力學變形能力是影響非晶合金應用的兩個重要因素。一般來說原始非晶合金樣品力學變形能力很好，但是非平衡制備過程凍結(jié)的殘余應力會使軟磁性能變差。退火可以降低殘余應力，大幅提高軟磁性能，但往往會使非晶合金變脆。退火過程主要是利用弛豫現(xiàn)象調(diào)控非晶合金性能，然而非晶合金的弛豫模式非常復雜，不同弛豫模式之間也存在耦合作用。研究非晶合金中的弛豫現(xiàn)象，明確不同弛豫模式對性能的影響規(guī)律及其微觀物理機制，對解決不同性能之間顧此失彼的問題具有十分重要的意義。

中國科學院寧波材料技術(shù)與工程研究所磁性材料與器件重點實驗室的宋麗建、何娜娜和歐陽酥等在研究員王軍強和副研究員霍軍濤等人的指導下，自2015年起圍繞非晶合金的等溫弛豫行為及其對磁性能的影響規(guī)律和微觀機制進行了深入的研究，相關成果和專題于2018年上半年相繼發(fā)表并申請專利。首先，利用高精度、超快升降溫速率的閃速掃描量熱儀（Flash DSC），系統(tǒng)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(fā)現(xiàn)等溫退火過程不是單一的弛豫模式，而是存在從β弛豫向α弛豫的轉(zhuǎn)變過程（見圖1）。即低溫短時間退火時，非晶合金經(jīng)歷β弛豫，當退火溫度足夠高或者退火時間足夠長則會觸發(fā)α弛豫行為。這種等溫轉(zhuǎn)變過程是排列疏松區(qū)域自由體積的湮滅使得原子協(xié)同運動增強引起的。這些結(jié)果表明可以實現(xiàn)非晶合金中不同弛豫模式的精準調(diào)控，相關文章發(fā)表于Intermetallics 93, 101–105 (2018)。

他們進一步通過精準控制鐵基非晶合金中的弛豫模式，發(fā)現(xiàn)β弛豫階段能夠有效改善軟磁性能（矯頑力降低，磁導率升高），同時保持良好的力學性能；α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2）。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(guī)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(xiàn)綜合性能的提高。相關工作正在整理投稿中，已經(jīng)申請國家發(fā)明專利(201810310296.5)。

鑒于β弛豫與微觀結(jié)構(gòu)不均勻性的關系，以及宏觀磁性能與微觀磁疇結(jié)構(gòu)的關系，為了進一步研究β弛豫影響軟磁性能的微觀機制，該團隊研究了磁疇運動與結(jié)構(gòu)不均勻性之間的耦合作用。通過原位研究納米壓痕周圍磁疇壁在外加磁場下的運動，發(fā)現(xiàn)非晶合金磁化由磁疇壁的移動決定。距離納米壓痕越近，磁疇壁越難移動，意味著磁導率越低。利用振幅調(diào)制原子力顯微鏡（AM-AFM）研究了壓痕周圍的微觀不均勻性，發(fā)現(xiàn)距離壓痕越近，其黏滯損耗能量越大，這與非晶合金中的剪脹變形機制相關。并原位研究了在拉伸狀態(tài)下的微觀不均勻性，發(fā)現(xiàn)外應力與黏滯損耗能量之間存在線性關系�；�于以上實驗結(jié)果，他們發(fā)現(xiàn)磁疇壁移動能力與黏滯損耗能量之間存在明顯關聯(lián)性（見圖3）。該關系可以用磁彈耦合理論進行擬合，擬合結(jié)果表明該軟磁非晶合金中的磁疇壁厚度約為36nm，與粘彈性比均勻性特征尺度相近。相關結(jié)果發(fā)表于Phys. Rev. Materials 2, 063601 (2018)。

以上研究結(jié)果證明非晶合金在等溫退火過程中存在不同弛豫模式轉(zhuǎn)變，明確了β和α弛豫對磁性能和力學性能的影響規(guī)律，以及β弛豫影響磁性能的微觀機制。該結(jié)果在非晶合金中具有普適性，有望應用于實際生產(chǎn)過程，實現(xiàn)非晶合金綜合性能的提升。

   以上工作受到國家自然科學基金面上項目和青年項目、浙江省自然科學基金杰出青年基金、中科院百人計劃項目和國家重點研發(fā)計劃項目的支持。