[00140348]高性能软磁非晶纳米晶新材料开发与产业化

主要成果1：开创了竞争相析出调控软磁非晶合金性能的新方法,开发了具有自主知识产权的FeSiBPCu系列纳米晶软磁合金。 本项目一方面实现了高饱和磁感非晶纳米晶合金软磁性能优化,相关产品经湖南省计量检测研究院检测,饱和磁感达1.91 T,矫顽力2.6 A/m,1.5T/1kHz条件下的铁损仅为11.6 W/kg,在高效节能电机、无线充电系统、新能源汽车等领域具有广阔市场前景。另一方面,研制出FeSiBPCu系列纳米晶软磁合金,饱和磁感应强度高达1.8 T以上,显著高于目前纳米晶合金1.24 T的全球行业水平,且其均匀纳米晶结构带来优异软磁性能,矫顽力2-3 A/m,1.5T/50Hz条件下的铁损仅为0.29 W/kg,为高级取向硅钢铁损的1/2,0.35 mm厚无取向硅钢铁损的1/10,实现了技术突破与创新,产品技术性能经专家鉴定达国际先进水平。 主要成果2：揭示了原子键合性质决定软磁非晶力学性能的物理机制,开发出了世界上塑性变形能力最好的软磁非晶合金体系。 本项目制备的Fe50Ni30P13C7块体非晶合金,室温压缩塑性应变超过20 %以上,1 mm左右的铁基块体非晶合金棒可以室温弯曲而不断裂,是世界上塑性变形能力最好的铁基非晶合金,如图2所示。研究人员进一步通过X射线光电子能谱、紫外光电子能谱等实验揭示了该铁基非晶合金独特的原子构型和键合特点是其具有大塑性的原因。该项研究对于深刻理解非晶合金的韧脆转变机制,提升铁基非晶合金综合性能,突破铁基非晶合金大规模工业应用瓶颈,促进新材料发展具有重要理论意义和实践价值。 主要成果3：开发了性能优异的铁磁性块体非晶合金磁制冷工质,显著提高了常规铁磁性非晶材料的磁制冷能力。 本项目发明了具有最大磁制冷能力的Gd55NixAl45-x块体非晶合金,同时研究了该体系在低温下的类自旋玻璃行为。具体开发了Gd55NixAl45-x （x = 15-30）系列块体非晶合金磁制冷材料,Gd55Ni20Al25非晶合金非晶形成能力可达3.5 mm。其中Gd55Ni30Al15非晶合金在5 T外加磁场下最大磁熵变值为9.25 J kg-1K-1,磁制冷能力高达851 J kg-1,是当时已报道钆基非晶合金中的最大值;镍含量低于30 at.%时合金在低温处显示零场与带场冷却磁化曲线分叉现象。该项研究对于深刻理解非晶合金的磁学行为,提升钆基非晶合金磁热性能,推动磁制冷技术的发展具有重要科学意义和实践价值。 主要成果4：提出了利用原电池结构调控非晶降解能力的新思路,开发了可高效稳定降解废水中偶氮染料等有机物的铁基非晶合金 本项目开展了具有优异降解染料性能及超长使用寿命的铁基非晶合金成分体系探索,研究了表面活化及结构弛豫等工艺对铁基非晶合金结构变化及降解染料能力的影响机制,拓展了铁基非晶合金高效降解染料及软磁性能的综合应用。通过对比FePC与FeSiB非晶合金在类芬顿反应中降解亚甲基蓝染料的效率,发现FePC非晶条带比FeSiB非晶条带催化降解染料效率更高。利用XPS及SEM分析发现,FePC非晶条带中结合力较弱的Fe-P键与结合力较强的Fe-C键之间形成的原电池结构,以及反应过程中条带表面形成的三维纳米多孔结构,使其具有较高反应活性。 十几年来,项目组共主持完成国家重点研发计划课题、863计划、国家自然科学基金重点项目、国家自然科学基金面上项目、江苏省科技成果转化项目等科研项目30余项,相关研究成果授权发明专利20余项,在Journal of Materials Chemistry A、Applied Physics Letters等本领域著名期刊上发表论文100余篇,论文多次被选为封底文章,相关研究成果入选江苏省优秀博士论文。5篇代表性论文被国内外同行引用210余次,其中包括国内外院士、各学会会士等众多著名学者在相关知名刊物如Progress in Materials Science、International Materials Reviews、Advanced Functional Materials等多次正面评价和大篇幅引用。研究成果在高效节能电机、无线充电系统、新能源汽车等领域具有广泛应用,提升了我国软磁材料行业的技术水平,增强了我国软磁非晶纳米晶材料的市场竞争力。成果应用企业新增销售额18.1亿元、新增利润1.8亿元,其中2019、2020年完成单位新增销售额60499万元、新增利润7635万元。其他应用单位新增销售额13035万元、新增利润2512万元。中国科学院著名磁学专家都有为院士领衔的鉴定专家组认为：项目成果关键技术及产品性能达到了国际先进水平。