近日，中国矿业大学、中南大学等机构的研究团队在《物理学报》（2025 年第 74 卷第 8 期）发表了关于 Fe₇₃.₅Si₁₃.₅B₉Cu₁Nb₃非晶合金高温氧化和晶化机理的重要研究成果，为该类材料在高温环境下的应用开辟了新前景。

   铁基非晶合金凭借高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗等优异特性，成为高频变压器、扼流圈铁芯等电子器件的理想材料。然而，其晶化温度低且易氧化的特点，极大地限制了在 400℃及以上高温环境中的应用。

   此次研究中，团队针对 Fe₇₃.₅Si₁₃.₅B₉Cu₁Nb₃这一典型的 FINEMET 系非晶合金，采用静态空气氧化实验，深入探究了其高温氧化后的微纳尺度结构演变及其对磁性能的影响。

   研究发现，该合金在 650℃氧化过程中，硅和铌元素会快速扩散至氧化区域，形成致密氧化层，能有效阻碍氧元素向合金内部扩散。同时，合金内部会形成以铁元素为主的 α-Fe (Si) 相，其晶粒尺寸随氧化时间缓慢长大。在 650℃保温 1 小时后，平均晶粒尺寸仅增长至 21.66nm。

   热动力学行为分析表明，氧化过程中硅和铌的偏析可提高合金体系的热力学稳定性，抑制晶化过程中多种金属间化合物的形成。这一特性有助于维持合金在高温下的结构稳定性。

   磁性能测试结果更是令人振奋。经 650℃氧化后，合金的饱和磁感应强度保持不变（约 140emu/g）。当氧化时间为 5 分钟时，矫顽力约为 0.3Oe；即便氧化时间延长至 0.5 小时，矫顽力虽逐渐增大至 61Oe，但仍展现出良好的磁性能潜力。

   值得关注的是，研究团队借助范特霍夫规则，通过高温短时氧化模拟中温长时间氧化。结果显示，650℃氧化 5 分钟对该合金微观结构的影响，与 500℃氧化 2730 小时相当。这意味着 Fe₇₃.₅Si₁₃.₅B₉Cu₁Nb₃非晶合金有望在 500℃大气环境中稳定工作 2700 小时以上，在航空、航天系统的涡轮发动机非接触磁力轴承、无人驾驶飞行器发动机部件等高温应用场景中具有巨大潜力。

   该研究由张响、宋英杰、刘海顺等学者共同完成，得到了国家自然科学基金和中南大学粉末冶金国家重点实验室基金的资助，为铁基非晶合金在高温领域的进一步应用和发展提供了重要的理论依据和实验支持。

   论文链接：https://doi.org/10.7498/aps.74.20250112