近日，大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院盧一平教授團(tuán)隊在軟磁高熵合金研究領(lǐng)域取得突破性成果。該研究針對傳統(tǒng)軟磁材料力學(xué)性能與軟磁性能相互矛盾的問題，基于高熵合金的設(shè)計思想，創(chuàng)新提出了負(fù)混合焓設(shè)計策略，成功開發(fā)出兼具高飽和磁化強(qiáng)度、高強(qiáng)度與高塑性的新型軟磁高熵合金。研究成果以“負(fù)混合焓路徑指導(dǎo)設(shè)計具有高飽和磁化強(qiáng)度的高強(qiáng)韌軟磁高熵合金”（Negative mixing enthalpy route guides strong and ductile soft magnetic high-entropy alloys with high saturation magnetization）為題，發(fā)表在材料科學(xué)領(lǐng)域*期刊《今日材料》（Materials Today）上。

軟磁材料是指一類易于磁化和退磁的磁性材料，高性能軟磁材料是現(xiàn)代電氣電子工業(yè)的基石，廣泛應(yīng)用于電力、電子、交通、信息等領(lǐng)域，其通過高效、低損耗地傳導(dǎo)和變換磁能，實(shí)現(xiàn)電能-磁能-機(jī)械能的高效傳輸、轉(zhuǎn)換和利用，傳統(tǒng)軟磁材料 (如硅鋼、坡莫合金、鐵氧體等) 雖具有低矯頑力、高磁導(dǎo)率等優(yōu)點(diǎn)，但普遍存在強(qiáng)度低、脆性大等問題，難以滿足高應(yīng)力載荷環(huán)境的服役要求。這類材料的設(shè)計需具備高飽和磁化強(qiáng)度以滿足輕量化設(shè)計，低矯頑力降低能量損耗，高強(qiáng)度防止材料變形，高塑性預(yù)防災(zāi)難性失效。材料的飽和磁化強(qiáng)度主要取決于鐵磁性元素的濃度和晶體結(jié)構(gòu)，矯頑力與材料微觀結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，材料的強(qiáng)化機(jī)制主要有固溶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化、位錯強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化等，這些強(qiáng)化機(jī)制的引入會降低鐵磁性元素的濃度、改變材料的晶體結(jié)構(gòu)、阻礙磁疇壁的移動、產(chǎn)生應(yīng)力集中，從而嚴(yán)重?fù)p害材料的飽和磁化強(qiáng)度、矯頑力和塑性。因此，該研究基于高熵合金的設(shè)計思想，突破傳統(tǒng)軟磁合金的設(shè)計范式，創(chuàng)新性結(jié)合負(fù)混合焓設(shè)計策略與熱力學(xué)相圖計算，優(yōu)化合金成分，調(diào)控微觀結(jié)構(gòu)，抑制有害相析出，協(xié)調(diào)高強(qiáng)度與軟磁性能之間的矛盾。

成功設(shè)計出新型Fe-Co-Ni-Al-Nb-B系高熵合金，微觀組織由無序的FCC基體和與基體共格的有序納米相構(gòu)成，合金展現(xiàn)出優(yōu)異的軟磁性能 (Ms=135.28 Am2kg-1, Hc=227.54 Am-1) 和拉伸力學(xué)性能 (σUTS=1187.5 MPa, εf=38.7%) 組合，同時在居里溫度以下展現(xiàn)出超高的穩(wěn)定性，綜合性能遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)軟磁材料以及已報到的軟磁高熵合金，為新一代結(jié)構(gòu)功能一體化高強(qiáng)韌軟磁材料的設(shè)計和發(fā)展提供了新的思路。

該論文*作者是材料學(xué)院博士生趙尚，通訊作者為北京工業(yè)大學(xué)韓曉東教授、美國田納西大學(xué)Peter K. Liaw教授和材料學(xué)院院長盧一平教授。材料學(xué)院王明亮教授、博士生王歡、王育生等也在數(shù)據(jù)收集、實(shí)驗(yàn)表征、論文寫作與修改方面給予了幫助。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等項目的資助支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.mattod.2025.05.017

相關(guān)新聞