材料科學與工程學院科研團隊在軟磁高熵合金領域取得突破性成果
材料科學與工程學院科研團隊在軟磁高熵合金領域取得突破性成果
來源：大工新聞網 日期: 2025-06-12
近日，材料科學與工程學院盧一平教授團隊在軟磁高熵合金研究領域取得突破性成果。該研究針對傳統軟磁材料力學性能與軟磁性能相互矛盾的問題，基於高熵合金的設計思想，創新性地提出了負混合焓設計策略，成功開發出兼具高飽和磁化強度、高強度與高塑性的新型軟磁高熵合金。研究成果以“負混合焓路徑指導設計具有高飽和磁化強度的高強韌軟磁高熵合金”（Negative mixing enthalpy route guides strong and ductile soft magnetic high-entropy alloys with high saturation magnetization）為題，發表在材料科學領域頂級期刊《今日材料》（Materials Today）上。
圖1.負混合焓策略指導高強韌軟磁高熵合金設計示意圖
軟磁材料是指一類易於磁化和退磁的磁性材料。高性能軟磁材料是現代電氣電子工業的基石，廣泛應用於電力、電子、交通、資訊等領域。其通過高效、低損耗地傳導和變換磁能，實現電能-磁能-機械能的高效傳輸、轉換和利用。傳統軟磁材料（如矽鋼、坡莫合金、鐵氧體等）雖具有低矯頑力、高磁導率等優點，但普遍存在強度低、脆性大等問題，難以滿足高應力載荷環境的服役要求。這類材料的設計需具備高飽和磁化強度以滿足輕量化設計，低矯頑力降低能量損耗，高強度防止材料變形，高塑性預防災難性失效。材料的飽和磁化強度主要取決於鐵磁性元素的濃度和晶體結構，矯頑力與材料微觀結構密切相關。材料的強化機制主要有固溶強化、沉澱強化、位錯強化和晶界強化等，這些強化機制的引入會降低鐵磁性元素的濃度、改變材料的晶體結構、阻礙磁疇壁的移動、產生應力集中，從而嚴重損害材料的飽和磁化強度、矯頑力和塑性。因此，該研究基於高熵合金的設計思想，突破傳統軟磁合金的設計范式，創新性結合負混合焓設計策略與熱力學相圖計算，優化合金成分，調控微觀結構，抑制有害相析出，協調高強度與軟磁性能之間的矛盾。
團隊成功設計出新型Fe-Co-Ni-Al-Nb-B系高熵合金，微觀組織由無序的FCC基體和與基體共格的有序納米相構成，合金展現出優異的軟磁性能（135.28Am2kg-1，227.54Am-1）和拉伸力學性能（1187.5MPa，38.7%）組合，同時在居裡溫度以下展現出超高的穩定性，綜合性能遠優於傳統軟磁材料以及已報導的軟磁高熵合金，為新一代結構功能一體化高強韌軟磁材料的設計和發展提供了新的思路。
圖2.Fe-Co-Ni-Al-Nb-B高熵合金微觀結構與性能
該論文第一作者是材料學院博士生趙尚，通訊作者為北京工業大學韓曉東教授、美國田納西大學Peter K.Liaw教授和我校材料學院院長盧一平教授。材料學院王明亮教授、博士生王歡、王育生等也在資料收集、實驗表徵、論文寫作與修改等方面給予了幫助。該研究得到了國家重點研發計畫、國家自然科學基金等項目的資助支持。