Fe65Co35合金微量Nb掺杂的磁电性能调控机制及其软磁应用研究

为解决Fe-Co合金在软磁应用中存在的低磁导率、高磁致伸缩及脆性问题，研究人员通过微量添加Nb（0.5%和0.7% wt.%）调控(Fe0.65Co0.35)100-xNbx合金的微观结构与性能。研究发现，0.5% Nb合金表现出更高延展性，且Nb掺杂显著提升磁导率、降低饱和磁致伸缩λs至40 ppm，同时意外发现0.7% Nb合金电阻率更低。该研究为高性价比低钴软磁材料设计提供了新思路。

　　

在电力电子和能源转换领域，软磁材料（Soft Magnetic Materials, SMMs）的性能直接决定了设备效率与噪音水平。Fe-Co合金因其高达2.45 T的饱和极化和优异的高温稳定性成为核心材料，但高钴含量带来的成本压力（钴价是铁的329倍）以及B2有序相导致的脆性、高磁致伸缩（λ_s≈87×10^-6）等问题长期制约其应用。传统解决方案如添加V虽能改善延展性，却难以兼顾磁性能。如何通过微量合金化实现性能平衡，成为材料科学界的攻关难点。

针对这一挑战，来自圣保罗研究基金会支持的研究团队选择Fe₆₅Co₃₅这一兼具高磁导率与适中成本的基体，创新性地引入原子半径较大的Nb（146 pm）进行改性。通过对比0.5%和0.7% Nb（wt.%）两种掺杂比例，系统研究了其对微观结构、力学性能及磁电特性的影响规律。相关成果发表在《Materials Chemistry and Physics》上，为低钴高性价比软磁材料开发提供了重要实验依据。

研究采用电弧熔炼结合热轧的工艺路线，关键实验技术包括：1）1200°C/6h均匀化退火确保Nb固溶；2）800°C退火后水淬调控有序-无序（B2/A2）相比例；3）SEM/EBSD分析Laves相分布；4）振动样品磁强计（VSM）测定磁参数；5）四点探针法测量电阻率。

微观结构
EBSD分析显示，0.5% Nb合金中Nb-rich Laves相（C14型MgZn₂）优先沿晶界分布，而0.7% Nb合金则出现晶内弥散析出（图1）。值得注意的是，高Nb含量显著抑制B2有序相形成，使有序-无序界面减少，这与传统认知中Nb稳定A2相的作用一致。

磁电性能
两种合金均展现出优于二元基体的软磁特性：磁导率提升的同时，λ_s降至40 ppm（降低54%），且饱和极化仅损失6%。反常的是，尽管0.7% Nb合金晶粒更细、Laves相更多，其电阻率ρ和矫顽场H_c却低于0.5% Nb合金（ρ_0.5%Nb > ρ_0.7%Nb，H_c^0.5%Nb > H_c^0.7%Nb）。研究提出淬火诱导的内应力模型解释这一现象——0.5% Nb合金因更多有序-无序界面产生强电子散射和畴壁钉扎效应。

结论与意义
该研究揭示微量Nb掺杂通过三重机制调控Fe₆₅Co₃₅合金性能：1）Laves相细化晶粒；2）抑制B2有序相改善延展性；3）有序-无序界面应力场协同优化磁电参数。特别重要的是，0.7% Nb合金展现出"高Laves相含量-低电阻率"的反常关联，突破了对第二相传统认知，为AC应用的低损耗材料设计指明新方向。尽管0.5% Nb合金延展性更优（延伸率未披露具体值），但其实际加工性能仍远低于工业要求，提示未来需探索Nb与其他元素的协同效应。这项工作不仅深化了对Fe-Co-Nb体系构效关系的理解，更为开发低成本、低钴含量的新一代软磁材料奠定了科学基础。