软磁材料具有低矫顽力、高磁导率等特性，在电力电子系统的能量转换、传输与存储中发挥着不可替代的作用，如发电机定子铁芯、变压器磁路系统、电动机转子组件等电磁能量转换链中实现电能的高效产生、传输和利用，已成为现代电气工程中支撑能量高效管理的基础功能材料。20世纪60年代兴起的非晶态软磁合金材料，是软磁材料发展历史上的重要突破，兼具有极低矫顽力、高饱和磁感应强度、超高初始磁导率以及优异磁致伸缩等特性。在此基础上，1988年日立金属开发了FeSiBNbCu纳米晶软磁合金，通过精确控制非晶基体中纳米晶相的析出，突破了常规非晶合金磁导率与矫顽力性能优化的极限，将软磁材料的性能提升到新的高度，然而其力学性能特别是塑性变形能力仍显不足。近些年，高熵软磁材料因其独特的力磁耦合特性而备受关注，例如在FeCoNiAlTa基体中构建纳米级顺磁有序相可有效提升材料强度与延展性，这些精细分散的纳米颗粒（尺寸小于畴壁宽度）在强化材料的同时，也极大地降低了畴壁钉扎效应，展现出优异的力学-磁学协同性能。然而，与非晶基材料相比，高熵软磁合金的软磁性能特别是矫顽力仍有待改善。因此，当前软磁合金材料面临的困境在于难以同时兼具非晶/纳米晶合金的优异软磁性能与高熵合金卓越的力学性能。这种性能失衡现状迫切要求开发新型软磁材料，以实现高磁导率、低矫顽力等软磁特性与高强度、高韧性等力学性能的有机统一，满足现代电力电子器件对多功能集成软磁材料的迫切需求。

近日，松山湖材料实验室汪卫华研究员、柯海波研究员和中国矿业大学杨卫明教授团队共同合作，基于序调控策略成功制备出一种新型过渡结构的Fe₂₆Co₂₅Ni₂₅Al₃Ta₁Si₂B₁₈非晶基软磁合金材料，该合金在非晶基体上弥散分布着均匀的纳米尺度有序结构，表现出0.3 A/m的超低矫顽力、13200@1 kHz的高磁导率、1 T的饱和磁感应强度等优异软磁性能，同时还展示出显著的塑性变形能力，能够在退完火后弯曲180°不断裂，因此兼具有优异力学-软磁协同性能。

研究团队在FeCoNiAlTa高熵合金体系的基础上通过添加Si和B元素来提高合金的玻璃形成能力，以形成完全非晶的前驱体。随后，基于序调控策略，通过在结晶温度附近控制退火温度和时间构建出介于非晶态和有序晶态之间过渡结构（图1）。该过渡结构与传统铁基非晶条带退火处理时析出体积百分比>70%的细小均匀纳米晶体的沉淀不同，表现为少量的BCC纳米晶体沉淀。三维原子探针（3D-APT）实验可清楚观察到许多富铁纳米晶粒（<2 nm），与TEM确定的团簇尺寸一致。频率分布分析证实了Fe和Co的成分偏析，而二维等值线图同时证实了这些元素的非均匀分布（图2）。这种新型Fe₂₆Co₂₅Ni₂₅Al₃Ta₁Si₂B₁₈过渡态非晶基软磁薄带材料，表现出0.3 A/m的超低矫顽力，优于目前所有已报道的FeCoNi基高熵软磁合金，同时具有较高饱和磁感应强度（1T），实现了矫顽力和饱和磁感应强度的有效权衡（图3）。值得一提的是，该材料同时兼具优异的塑性变形能力，退火后的合金薄带能够在任何角度弯曲180°而不会断裂。微柱压缩实验和原子力显微镜均可以观察到多重剪切带的塑性强化现象（图4）。此外，采用洛伦兹TEM和磁光克尔显微镜观察了过渡态非晶基软磁薄带磁畴的运动情况，揭示了其优异软磁性能的磁结构起源。研究发现，随着磁场的增加，畴壁平滑移动，当磁场方向反转时，畴壁沿相反方向平滑移动，没有出现明显的钉扎效应（图5）。这种稀疏精细的过渡态结构，使条带样品具有较低的磁晶各向异性，同时通过退火可以消除条带样品中的残余应力，降低了磁弹性各向异性，因而样品表现出极低的矫顽力特性。

基于序调控策略创制兼具优异塑性变形能力和软磁特性的非晶基软磁合金材料，为高性能软磁材料的探索提供了新见解与新路径，并为复杂工况下电子电力功率功能器件提供了新的候选材料。相关研究成果以“Sparse nanocrystals enable ultra-low coercivity and remarkable mechanical robustness in high-entropy amorphous alloy”为题，于2025年7月13日在线发表在Advanced Science上。松山湖材料实验室非晶材料团队/中国矿业大学联合培养博士生刘李晨和松山湖材料实验室博士后/河海大学副教授邵里良为论文的共同第一作者，松山湖材料实验室柯海波研究员、周靖副研究员和中国矿业大学杨卫明教授为论文共同通讯作者。上述研究工作得到了国家自然科学基金委项目、深圳市科技重大项目和江苏省研究生科研创新计划等项目的支持。

文章链接：https://doi.org/10.1002/advs.202503546

图1 非晶基软磁合金条带的成分设计理念和序调控结构设计策略

图2 过渡态非晶基软磁合金条带的微观结构

图3 过渡态非晶基软磁合金软磁性特性及传统FeCoNi基软磁合金汇总对比图

图4 不同状态非晶基软磁合金条带力学性能

图5 不同状态非晶基软磁合金条带磁畴运动过程

撰稿：非晶材料团队