动力学主导深过冷循环技术突破软磁非晶合金中超高磁性元素含量的极限

针对软磁非晶合金(AMAs)中磁性元素含量与玻璃形成能力(GFA)难以兼顾的难题，研究人员通过开发深过冷循环技术(DSCT)，在Fe-Si-B体系中实现97.1 wt.%的突破性磁性元素含量，同时提升非晶形成能力。该技术通过抑制原子迁移和有序团簇形成，将晶体成核机制从热力学主导转为动力学主导，获得1.79-1.88 T的高饱和磁化强度(Bs )和6.07-17.1 A/m的低矫顽力(Hc )，为电子器件微型化提供新材料解决方案。

　　

在电力电子设备领域，软磁非晶合金因其独特的无序原子结构和优异的磁性能成为关键功能材料。然而长久以来，材料科学家们面临一个"鱼与熊掌不可兼得"的困境：要提高磁性元素的含量以增强饱和磁化强度(B_s
)，就不得不牺牲玻璃形成能力(GFA)；而要保证良好的非晶形成特性，又必须添加大量玻璃形成元素（如B、Si等），导致磁性元素含量被限制在80 at.%以下。传统解决方案如快速凝固(RS)技术和熔剂处理法，或因热传导极限难以突破，或因热力学驱动结晶的固有缺陷，均无法从根本上解决这一矛盾。

针对这一挑战，浙江大学的研究团队在《Journal of Materials Science》发表创新性研究，开发出深过冷循环技术(DSCT)，在经典Fe-Si-B非晶合金体系中实现97.1 wt.%的磁性元素含量突破。该技术通过建立成分-热力学相图和成核演化模型，阐明深过冷对非晶形成的调控机制：降低原子迁移率、减少有序团簇，使晶体成核从热力学主导转为动力学主导，显著抑制晶核孵育速率和成核率。分子动力学模拟揭示，深过冷熔体中增强的Fe-Fe对铁磁耦合作用，是获得1.79-1.88 T高B_s
和6.07-17.1 A/m低H_c
的关键。

关键技术方法包括：1)采用B₂
O₃
/Na₂
B₄
O₇
熔剂预处理实现初始纯化；2)设计超加热循环过程诱导深过冷态(ΔT>200K)；3)通过差示扫描量热法(DSC)测定非晶形成边界；4)结合分子动力学模拟解析原子尺度结构演变。

【Amorphous formation boundary of supercooled FeSiB】章节显示，通过DSCT处理的合金熔体过冷度可达200K以上，使临界冷却速率(R_c
)降低2个数量级。相图分析表明，Fe₈₃
Si₁₀
B₇
成分点位于扩展的非晶形成区域中心，验证了深过冷对GFA的提升作用。

【Conclusions】部分强调，该研究不仅阐明深过冷对非晶微观结构、形成热力学/动力学和软磁性能的多重影响，更提供普适性材料设计策略。通过打破功能元素含量限制，为电子、机械和防腐等领域的非晶合金应用开辟新途径。Guang Liu等研究者指出，DSCT技术的关键创新在于将传统熔剂法的热力学约束转化为动力学控制，这种范式转变对开发其他高性能非晶材料具有重要启示意义。

研究获得国家自然科学基金(52122106、52401302)等项目的支持，相关技术已申请专利保护。论文中涉及的Fe-Si-B体系相图和非晶形成边界数据，为后续开发更高性能的磁性非晶合金提供了重要参考基准。