界面反应诱导的Al-坡莫合金双涂层软磁复合材料制备及其性能研究

研究人员针对高频应用中软磁复合材料(SMCs)能量损耗高的问题，通过火花等离子烧结(SPS)技术，采用双涂层Al-坡莫合金(Ni71.25 Fe23.75 Al5 )复合颗粒，成功制备了以氧化铝为主的软磁复合材料。研究通过界面反应形成连续氧化铝基质，显著提高了材料电阻率，降低了磁损耗，为高频电子器件微型化提供了新材料解决方案。

　　

随着电子设备向高频化、微型化发展，软磁复合材料(SMCs)因其低能量损耗和高电阻率成为研究热点。然而，传统SMCs在高频下仍面临磁损耗高、绝缘层稳定性不足等问题。特别是铁基合金在高温下易与绝缘层反应，而镍基坡莫合金虽具有优异软磁性能，但如何通过可控界面反应形成稳定氧化层仍是挑战。

为解决这些问题，国内某研究机构团队创新性地采用双涂层Al-坡莫合金(Ni_71.25
Fe_23.75
Al₅
)复合颗粒，通过火花等离子烧结(SPS)技术制备新型SMCs。研究首先通过机械合金化制备纳米晶Al-坡莫合金粉末，随后采用HCl溶液氧化形成第一层混合氧化物(Ni/Fe/Al氧化物)，再与Fe₂
O₃
纳米颗粒复合形成第二涂层。在900°C烧结过程中，Al原子向外扩散与氧化物反应，最终形成金属Ni基团簇嵌入氧化铝基质的独特结构。

关键技术包括：1)机械合金化制备纳米晶Al-坡莫合金；2)HCl氧化形成表面混合氧化物层；3)Fe₂
O₃
纳米颗粒双涂层构建；4)火花等离子烧结(SPS)致密化；5)综合表征技术(SEM/EDX/XRD/FTIR)分析微观结构与成分。

【材料与方法】
采用元素粉末通过10小时机械合金化制备Ni_71.25
Fe_23.75
Al₅
合金，平均晶粒尺寸14nm。通过HCl氧化和Fe₂
O₃
纳米颗粒(3-5wt.%)包覆构建双涂层，在900°C/30MPa条件下SPS烧结10分钟。

【结果与讨论】
SEM显示HCl氧化使颗粒表面形成裂纹和混合氧化物层，EDX证实氧化区域O含量显著升高。FTIR检测到721-409cm^-1
范围内多种Me-O键振动峰，证实存在NiO、Fe₂
O₃
、Al₂
O₃
等氧化物。XRD分析表明双涂层样品避免了FeO相形成，且Ni基fcc结构晶粒尺寸保持25nm的纳米状态。

EDX元素分布显示烧结体存在Ni/Fe富集区和Al/O富集区，形成连续氧化物网络。其中Al含量在界面处达34at.%，证实Al扩散反应机制。磁性能测试显示双涂层样品具有较高电阻率(8.5×10^-2
Ω·m)和较低磁损耗，其中3wt.% Fe₂
O₃
样品在0.05T/10kHz下损耗最低。损耗分离分析表明主要损耗来自颗粒内涡流(intraparticle eddy currents)。

【结论】
该研究通过创新的双涂层设计和SPS反应烧结，成功制备出金属-氧化物界面可控的Al-坡莫合金基SMCs。HCl氧化形成的中间层有效抑制了FeO等不利相生成，而Al扩散反应构建的连续氧化铝基质提供了高电阻率(>10^-2
Ω·m)。材料在保持纳米晶结构(25nm)的同时，实现了185的较高磁导率和低涡流损耗，为高频电力电子器件提供了性能可调的软磁材料解决方案。这项研究为通过界面工程调控SMCs性能提供了新思路，特别适用于需要高温稳定性的应用场景。