非晶磁性合金
概要
非晶铁磁合金系统被划分为金属-非金属合金和金属-金属合金两类。

前者由铁磁性金属（Fe，Co和Ni等）和非金属元素（B，C，Si，P和Ge等）组成，而后一种非晶合金则被限制于几种合金体系（TM-Zr和TM-Hf）。

在本文中，我们将讨论两种非晶磁性合金的磁化强度，居里温度，磁致伸缩，抗磁力和磁导率这些性质与它们组分间的关系。

最后我们还将介绍一些在实际应用中的合金设计实例并讨论它们的磁性特征。

I.介绍
用连续熔融-淬火技术制备的非晶铁磁合金在用于变压器和诸如磁带录音机，放大器，反相器，换能器等电磁器件上时，有着和软磁材料相匹的性能。

在选择用于特殊用途的材料时，要考虑到多方面的因素。

举个例子，非晶合金的性质不仅仅取决于其化学组成还受到淬冷条件和淬冷前热处理的影响。

所幸非晶合金有着很广的选材范围，而且对温热处理很敏感。

因此，在设计用于特殊用途的非晶合金时我们有很大的选择空间。

本文回顾了两种非晶合金近来的磁性数据，以及一些为实际应用设计的合金的特征。

II.非晶金属的合金体系
根据熔融-冷淬方式的不同，非晶合金的合金体系会发生很大变化。

在合金中，本身具有
很强铁磁性的合金体系被大致分为两个大类：TM-metalloid型和TM-TM型。

大多数非晶合金被发现属于前者，并且这些合金中非金属（B,C,Si,P,Ge）的含量在15-30%。

另一方面，属于后者的非晶合金则被限制在几类由前过渡金属搭配后过渡金属的合金体系中。

现在，TM-metalloid型的合金被各领域科研机构广泛研究并投入生产应用。

对比这一体系，TM-TM型合金由于相对低的铁磁性而乏人问津。

然而，最近发现由低浓度的Zr和Hf组成的非晶合金有着较好的热稳定性已经接近TM-metalloid型合金的软磁性能。

在二元体系内，单一非晶单相中Zr的构成为：9-11（Fe-Zr),9-16（Co-Zr），10-11（Ni-Zr）。

在三元或四元体系中Zr非晶相仅仅占到10%，然而这种组分上的限制在引入非金属后得以放松。

III.磁性
1.TM-metalloid型非晶磁性合金
以下引用的几篇文章中展示了大量的关于这种类型合金的磁性能数据。

然而，它们之间有着的明显区别，所以利用有限但具有一致性的数据，再次评估非金属成分在对材料性质的作用贡献看上去很有价值。

图一展示了在室温下和居里温度下二元非晶合金Fe-B，Fe-P和Co-B的磁化饱和与组分之间的关系。

当B的含量上升的时候，室温和居里温度下的Co合金的磁化饱和度都下降，原因是B原子的电荷转移稀释了磁性。

而相反地，当铁合金中诸如B和P这样的非金属成分增加的时候，合金的磁化饱和度却得到提升。

富铁合金在室温和居里温度下的这种反常行为与其能展示出的因瓦效应密切相关。

图二和图三中展示了室温和居里温度下搭配各种非金属的铁合金和钴合金。

居里温度下在对铁基合金的的优化方面，非金属掺杂元素的顺位如下：Ge，Si，B，C，P。

而在室温下，
B，C和Si的程度相差不大，Ge，P略弱，对钴基合金而言，非金属成分的效果在室温和居里温度下相近，图三中可以看出它们都按照C，B，Si，Ge的顺序减弱。

当实际运用中要用到高磁感应强度的材料时，搭配B，C和Si的铁基合金是最合适的。

图四展示了Fe-B-Si和Fe-B-Si体系下各独立组分的贡献，可以看到，峰值出现在Fe80B20的比例。

然而，由于构成的难易度和热稳定性导致Fe-B和Fe-B-C合金并不是这种应用需求下最好的选择。

作为结果，最佳的非金属搭配是B-Si和B-Si-C。

Ohnuma等人已经做了大量关于非晶Fe-Co-Ni合金磁性的体系研究，图五和六展示了室温和居里温度下（Fe,Co,Ni)78Si8B14体系的磁化饱和感应度，图中，所有数值都连续且单一地依赖于组分比例，与之形成对照的是在边界处不连续的三元晶体。

图七展示了同种合金的磁致伸缩度。

该值在富铁合金中达到了30*10^-6的量级，并在Fe0.83Co0.17中达到35*10^-6的峰值。

磁致伸缩度随铁的含量降低而减小，磁致伸缩度降到0成为合金向Co-Ni 方向转变的标志.因此磁致伸缩度为0时，合金组分在Co0.95Fe0.05到Ni0.8Fe0.2间平滑地移动。

这种线与图中表示晶体合金的虚线不同，图八中，由于非金属组分对0磁致伸缩度线影响很小，因而由其他过渡金属的效果总和替代。

图九和图十展示了淬火状态下同种金属的抗磁力和导磁系数。

由图可见，磁致伸缩度下降时，抗磁力下降而导磁系数上升，在0磁致伸缩线附近，抗磁力低于5mOe，导磁系数则高于10^4,因此0磁致伸缩度非晶合金甚至在制备状态下有着相匹坡莫合金的导磁系数。

而通过调控合金组成和淬火前热处理可以得到更大的提升。

举个例子，图十一展示了
（Co,Fe)70(Si,B)30非晶合金的导磁系数与这两个条件的相关性，在
(Fe0.06C00.94)70(Si.B)30比例附近，淬火状态下的导磁系数高于4*10^3,而在退火之后甚至能够增加到5*10^5,由于居里温度高于Tx，(Fe0.06Co0.94)70B30合金没有得到很高的值，因此，高导磁系数只能在Fe-Co-Si-B体系下，当居里温度低于Tc且组分符合0磁致
伸缩率时得到。

2.TM-TM型非晶磁性合金
我们已经广泛研究过了TM-TM型非晶合金的磁学性质，图十二和十三展示了TM-Zr二元合金的Tc和nb.与Co-P和Co-B体系相似地，在Co-Zr体系中，我们发nb值随Zr组分比例上升而单调递减。

纯非晶中Co原子的nb值被估计和晶体Co原子相差无几。

而由于明显高于Tx，Co-Zr体系中的Tc值无法被准确获得。

在Ni-Zr合金中的nb值小到可以忽略。

在Fe-Zr体系中由成分决定的nb和Tc值显示出反常的行为。

即是说，这两个值随着Zr成分的降低而单调递减，当我们推断纯非晶原子在x=0时nb的测量值时，这个值大致被认为是0。

Tc和nb的这些行为提供了关于纯非晶铁磁学性质有意义的信息。

图十四展示了0K，10kOe下Zr固定为10时Fe-Co-Ni体系的饱和磁感应强度。

在富Ni合金中Ms的变化趋势与在（Fe，Co，Ni）-Si-B合金中相似，而相反地，在富铁合金中这种现象则是完全不同，Fe90Zr10合金中的该值大概为109emu/g,明显的低于其他的Fe-非金属型合金。

这个很低的值在Fe被Ni或Co代替时上升，并在Ni，Co的含量达到20-30%时达到峰值。

考虑到Ms的这个不寻常特征，富铁合金存在着和其他TM-metalloid型合金不同的行为。

像在图十五中看到的，Tc值随Fe含量增加而单调递减。

这些富铁合金同时还具有标志性的因瓦效应。

这些合金中的反常磁学表现可以用一种非晶基质中铁磁性和反铁磁性状态共存的观点来理解。

上述合金在磁致伸缩上也有有趣的表现，图十六展示了Zr成分比利固定的Fe-Co-Ni
体系三相图中λs的变化。

富铁TM-Zr合金中的λs在Fe成分上升时剧烈下降，这和在
TM-metalloid合金中的表现完全相反。

作为TM-Zr体系的特征，我在下图中发现：对于
Co90Zr10合金中λs的值为3*10^-6，它是正值而非负数。

载磁致伸缩0值曲线附近随着
Ni组分的增加，向富铁方向转变。

图十七展示了Bs的组分相关性，我们在（Fe0.7Co0.3）90Zr10附近找到数值为16.7Kg 的峰值，并且该值随Ni的成分增加而降低，图十八展示了在600Oe磁场，350-400°C下退火20min的TM90Zr10合金的Hc值的组分相关性。

随Co值上升，Hc值渐渐从20 mOe 增长到100mOe。

从以上结果我们可以预见TM-TM型非晶合金具有高饱和磁感应强度，低抗磁力，高导磁系数这些符合实用软磁材料的性质。

表格1列举了几种高磁感应强度的TM90Zr10非晶合金与典型TM-metalloid非晶合金相比较的结果。

从表格2展示的典型数据中我们也可以发现0值磁致伸缩的Co-Zr基合金有着明显的低抗磁力和高导磁系数。

这些数据表明了上述合金与TM-metalloid非晶合金类型，具有着优良的软磁材料性质。

IV.结论
本文中引用了一些资源中的数据，目的在于避免实验误差。

在研究的基础上，我们整理归纳了近来关于TM-metalloid型和TM-TM型非晶合金的磁学性质实验数据。

这些结果显示出非晶磁性合金无论是在基础科学的研究还是投入实用的角度上都是引人注目的。

然而在实用方面仍然存在着大量待解决的问题。

尤其要解决像提高磁学稳定性和老化问题，低成本进行大量制备存在矛盾这样的问题。