铁基金属玻璃由于具有高饱和磁通密度、低矫顽力、低铁心损耗等优异的软磁性能而引起了人们的极大兴趣。低于结晶温度的退火是制造过程中释放残余应力并获得更好软磁性能的重要步骤,但这一过程加速了非晶基体的结构弛豫,往往导致塑性急剧恶化,给后续加工带来极大不便。为了降低铁基金属玻璃退火后的脆性,人们进行了大量的研究,如成分改性。加入Ni/Mo等泊松比高的元素可以有效提高退火后的韧脆转变温度,降低退火后的脆性,然而这种方法通常伴随着牺牲软磁性能或玻璃形成能力。近年来,研究证明回春是提高金属玻璃塑性变形能力的有效方法。回春是与松弛相反的状态,对应于更高的能量状态和更无序的结构。深冷循环方法使样品在高温和低温之间循环,与一些机械方法相比,该方法简便易行,不受样品尺寸的限制。它对铁基金属玻璃的软磁性能几乎没有不利影响。以往有报道称深冷循环处理能有效提高铸态[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金属玻璃的抗压塑性和拉伸塑性。然而,深冷循环处理是否对退火样品有作用仍是未知的。深冷循环的回春作用是由热循环过程中的内应力引起的,由热膨胀系数的局部差异引起。深冷循环处理前的初始结构似乎起着重要作用,纳米级团簇和自由体积受深冷循环处理的影响十分显著。在退火过程中弛豫行为往往伴随着自由体积的湮灭,从而导致金属玻璃均匀的结构。虽然深冷循环处理似乎对软磁性能没有影响,但其潜在的机制尚不清楚,对磁畴结构的影响很少被报道,值得进一步探索。
基于此,来自松山湖材料实验室、东南大学等单位的研究人员将深冷循环处理结合短时退火处理应用于[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金属玻璃条带。在较短的退火时间内保留了自由体积和不均匀结构。深冷循环处理后软区尺寸增大,有利于剪切带的萌生和分支,导致弯曲塑性应变的增强。结果表明,深冷循环处理可以使铁基金属玻璃具有优异的软磁性能和弯曲塑性。相关研究成果以“Improved ductility of annealed Fe-based metallic glass with good soft magnetic property by cryogenic thermal cycling”为题在Journal of Alloys and Compounds上发表。
总之,研究人员发现在较短的退火时间内,深冷循环处理能有效降低退火对[(Fe0.5Co0.5)0.75B0.2Si0.05]96Nb4金属玻璃塑性的抑制。深冷循环后软区尺寸增大,有利于塑性增强。虽然深冷循环后软区较大,但样品的畴结构和矫顽力基本保持不变。结合适当的退火和深冷循环处理,可以获得软磁性能好、弯曲变形能力强的综合性能优异的铁基金属玻璃。研究结果非常有利于铁基金属玻璃的加工,有效地降低了生产成本,提高了产品的稳定性和安全性。这项工作将极大地促进和扩展铁基金属玻璃作为软磁材料在下一代电子器件、高频电机、电源等领域的应用。