由Ti杂质引起的Fe基非晶合金表面结晶及其导致的软磁性能退化

《Advanced Composites and Hybrid Materials》：Surface crystallization of Fe-based amorphous alloys induced by Ti impurity and resulting degradation of soft magnetic properties

　　

基于铁的非晶合金以其卓越的软磁性能而闻名，但其性能极易受到杂质诱导的表面结晶影响。本研究系统地探讨了代表性Fe₈₃Si₂B₁₂P₃（按原子百分比计）非晶合金的表面结晶机制及其导致的软磁性能退化。首先对使用工业级原材料（IRM）和高纯度原材料（PRM）在不同冷却速率下制备的条带的表面微观结构进行了表征。在IRM条带中观察到了表面结晶现象，其特征是仅限于条带自由表面的<001>方向排列的α-Fe树枝晶。这些α-Fe树枝晶在自由表面的基础上向条带内部生长，且随着冷却速率的降低，晶粒尺寸逐渐增大。随后，分别向PRM中添加了Mn、Al、Ti、S杂质，研究发现Ti是引发表面结晶的关键杂质。结合热力学计算和晶格失配分析，结果表明在熔融旋压过程中，微量的Ti杂质会在条带的自由表面上优先氧化生成TiO₂。这些TiO₂夹杂物由于α-Fe(100)//TiO₂(110)界面处的晶格失配较小，成为α-Fe的非均匀晶核形成位点，从而导致IRM和PRM+Ti条带的表面结晶。这种表面结晶现象显著提高了条带的矫顽力（H_c）和磁损耗（P），因为粗大的树枝晶会固定磁畴。这些发现强调了控制原材料中Ti杂质含量的关键重要性，这是抑制表面结晶并确保生产高性能基于铁的非晶合金的关键。