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综述:软磁复合材料用多组分软磁合金研究进展
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月13日 来源:Materials Today Electronics CS6.8
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这篇综述系统总结了多组分软磁合金(MCAs)及其复合材料(SMCs)的研究现状,重点探讨了非晶、纳米晶和高熵合金在高温稳定性、耐腐蚀性和机械性能方面的优势,提出了突破传统合金局限性的新型制备工艺(如磁热耦合处理、绝缘涂层技术),为高频高功率密度器件开发提供了材料学视角。
Abstract
软磁多组分合金(MCAs)作为新兴材料体系,涵盖非晶(amorphous)、纳米晶(nanocrystalline)和高熵合金(HEAs),不仅具备优异的软磁特性,更展现出高温稳定性、耐腐蚀性和机械性能的协同优势。这类材料在高频、高功率密度能量转换器件中展现出巨大潜力,但其复合材料(SMCs)的性能仍未能显著超越传统合金体系。
制备工艺创新
突破传统熔体快淬法的限制,新型气雾化(gas atomization)和机械合金化(mechanical alloying)技术可精确调控MCAs的微观结构。特别值得注意的是,磁热耦合处理(magnetic-thermal coupling)通过交变磁场与热处理的协同作用,显著提升了Fe-Si-B-Nb-Cu系纳米晶合金的磁导率(μe
30,000 @1kHz)。
性能调控机制
在Fe-Co-Ni-Al-Ti系高熵合金中,局域化学有序(LCO)和短程有序(SRO)结构的形成使矫顽力(Hc
)降低至1.2 A/m。通过原位透射电镜观察发现,<5nm的α-Fe(Si)纳米晶簇在非晶基体中的均匀分布是获得低铁损(W1.5T/400Hz
< 0.3 W/kg)的关键。
SMCs技术瓶颈
当前MCAs基SMCs面临三大挑战:①粉末制备过程中易形成氧化层(Fex
Oy
)导致涡流损耗激增;②传统模压成型(die pressing)造成的应力各向异性;③有机绝缘涂层(如环氧树脂)的热稳定性不足(<200°C)。
未来发展方向
原子层沉积(ALD)技术制备的Al2
O3
纳米绝缘层(厚度<10nm)可将涡流损耗降低40%。3D打印(selective laser melting)结合场辅助烧结(FAST)有望实现各向同性SMCs的制备。值得注意的是,机器学习辅助的成分设计正加速开发具有μi
100,000的新型MCAs体系。
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