文章介绍：

软磁材料作为磁芯广泛用于电感器、传感器、电机和变压器中。在下一代高性能软磁材料中，铁基纳米晶合金展现出低矫顽力、高磁导率和低磁芯损耗的理想组合。然而，与硅钢相比，它们的饱和磁感应强度仍然相对较低。此外，铁基非晶合金在结构弛豫过程中会变脆，导致弯曲延展性下降。因此，设计具有高饱和磁感应强度和良好弯曲延展性的铁基软磁非晶合金是十分理想的。

据报道，由于饱和磁感应强度与铁含量呈正相关，提高铁含量可以增强软磁非晶合金的饱和磁感应强度，但更高的铁含量会降低非晶形成能力和弯曲延展性。近年来，大量研究集中在通过快速加热退火和磁场辅助熔体纺丝等技术来提高饱和磁感应强度。相比之下，目前关于弯曲延展性的研究很少，这限制了铁基纳米晶合金的实际工业应用。通常，通过细化α-Fe晶粒尺寸和控制α-Fe相的体积分数，可以显著提高铁基纳米晶合金的弯曲延展性，从而抑制裂纹的形成。因此，研究人员逐渐关注类金属元素（如Si、B、C、P）的作用。这些元素不仅能提高非晶形成能力，还能促进α-Fe体积分数和纳米晶尺寸的优化，从而获得优异的软磁性能和良好的弯曲延展性。因此，在富铁非晶合金中添加类金属元素可以在非晶形成能力、饱和磁感应强度和弯曲延展性之间取得平衡。

选择Fe-Si-B-C-P-Cu体系是基于更高复杂度的体系通常表现出更高非晶形成能力这一原理。Si的加入不仅有助于增加α-Fe的体积分数，还能提高弯曲延展性。B和P元素稳定残余非晶基体，并抑制热处理过程中α-Fe纳米晶的晶粒长大，从而改善软磁性能。此外，适量添加C已被证明可以显著提高高铁含量非晶合金的非晶形成能力，改善弯曲延展性并增加饱和磁感应强度。众所周知，Cu的添加促进了Cu团簇的形成，这些团簇作为α-Fe析出的形核位点，从而防止纳米晶的快速和不均匀生长。

本工作开发了新型高铁含量的Fe-Si-B-C-P-Cu非晶合金，兼具高饱和磁感应强度和良好的弯曲延展性。系统研究了合金的非晶形成能力、热稳定性、微观结构、弯曲延展性和磁性能。结果表明，在698 K退火的Fe₈₄.₈Si₂B₉C₂P₂Cu₀.₂合金表现出1.82 T的饱和磁感应强度和2.61%的弯曲延展性。这成功克服了高铁含量体系中软磁性能与弯曲延展性之间的传统权衡关系。本研究提供了一种具有优异综合性能的合金设计新方法，为先进软磁材料的发展奠定了基础。

中文摘要：

由于具有优异的软磁性能，高铁含量的铁基纳米晶非晶材料在下一代电力电子器件中展现出巨大的应用潜力。然而，非晶形成能力低以及退火后弯曲延展性不足限制了其大规模工业化应用。本工作系统研究了高铁含量Fe₈₅₋ₓSi₂B₉C₂P₂Cuₓ（x = 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0）合金的非晶形成能力、晶化行为、热稳定性、微观结构、弯曲延展性及磁性能。结果表明，Cu的添加将初晶温度从694 K降低至669 K，并将α-Fe形核的晶化激活能从154.55 kJ/mol提高至191.34 kJ/mol，从而在促进形核的同时抑制晶粒过度长大，提高了热稳定性。在698 K退火的Fe₈₄.₈Si₂B₉C₂P₂Cu₀.₂合金具有最高的饱和磁感应强度（1.82 T）和2.61%的弯曲延展性，展现出优异的软磁性能。本研究为克服磁性能与弯曲延展性之间的权衡关系提供了一种可行的策略，为面向高性能电磁应用的先进软磁材料设计提供了新的见解。