临界冷却速率熔体旋淬法制备超高磁导率Co66 Fe3 Cr3 Si18 B10 合金薄带的超细纳米晶形成机制

为解决传统纳米晶合金依赖快速退火工艺的工业应用难题，研究人员通过临界冷却速率熔体旋淬和常规退火技术，成功制备出具有超细纳米晶结构（4.81±1.05 nm）的Co66 Fe3 Cr3 Si18 B10 合金薄带，其矫顽力低至0.43 A/m，初始磁导率达12.44×104 ，为纳米晶软磁材料的工业化生产提供了新思路。

　　

在电力电子领域，软磁材料的高磁导率(μ)和低矫顽力(H_c
)是核心性能指标。纳米晶合金因其非晶基体中弥散分布的纳米晶粒产生的磁致伸缩互补效应，展现出优异的软磁特性。然而，传统Co基纳米晶合金面临两大瓶颈：一是晶粒细化依赖加热速率超过100 K/s的快速退火工艺，与工业条件严重脱节；二是退火过程中易形成尺寸不均的大晶粒，导致磁性能恶化。如何通过常规退火工艺实现晶粒超细化（<5 nm），成为突破工业化应用壁垒的关键。

为解决这一难题，国内研究人员创新性地采用临界冷却速率熔体旋淬结合常规退火技术，系统研究了Co₆₆
Fe₃
Cr₃
Si₁₈
B₁₀
合金中淬入簇（quenched-in clusters）的形成机制及其对纳米晶化的影响。通过调控旋淬轮速（10-40 m/s）控制冷却速率，利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)和透射电镜(TEM)表征微观结构演变，揭示了中程有序(MRO)淬入簇在近临界冷却速率下的形成规律及其对晶粒细化的促进作用。

关键技术包括：1）临界冷却速率熔体旋淬制备非晶薄带；2）多尺度结构表征技术（XRD/DSC/TEM）；3）常规等温退火工艺优化。

Microstructure and thermal behavior of as-quenched alloys
研究发现，当轮速为30 m/s时，合金中形成密集分布的MRO淬入簇（尺寸0.5-3 nm），这些簇在后续退火中作为异质形核点，抑制晶粒异常长大。相比传统快速退火，该方法通过冷却速率调控直接获得高密度簇结构，突破了快速加热的工艺限制。

Conclusion
最终获得的纳米晶合金具有4.81±1.05 nm的超细晶粒，矫顽力(H_c
)低至0.43 A/m，初始磁导率(μ_i
)高达12.44×10⁴
。该研究不仅证实Cr元素掺杂可增强簇形成能力，更提出"冷却速率调控-淬入簇形成-常规退火细化"的新路径，为纳米晶软磁材料的工业化生产提供了理论和技术支撑。论文发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》，其创新性体现在：首次将临界冷却速率概念引入Co基合金体系，建立了MRO簇密度与磁性能的定量关系，推动了随机各向异性模型(D³
规则)在超细晶领域的应用。