Version：1.018.155

NSFC-REPORT-2012

项目批准号 50825103

申请代码 E0103

归口管理部门

收件日期

    

国家自然科学基金

资助项目结题报告

资助类别： 国家杰出青年科学基金

亚类说明： 国家杰出青年科学基金

附注说明：

项目名称： 高性能块体非晶纳米晶软磁合金

负 责 人： 沈宝龙 电话： 025-52091077

电子邮件： blshen@seu.edu.cn

依托单位： 中国科学院宁波材料技术与工程研究所

联 系 人： 马月红 电话： 0574-86685172

资助金额： 200（万元） 累计拨款： 200.0（万元）

执行年限： 2009.01-2012.12

2013年01月16日填表日期：

国家自然科学基金委员会制（2012年）

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项目摘要

中文摘要(500字以内)：

本项目选择价格低廉的铁基非晶合金系为研究对象，以合金系已知的最大非晶形成能

力合金成分为起点，系统研究非晶形成过程中化学成分和冷却速度对微观组织结构的影

响，弄清楚该合金系中成分、非晶形成能力和不同相之间的相互竞争机制，相的晶体结

构和形成动力学，然后实验探讨添加合金元素种类和成分对低成本铁基块体非晶合金非

晶形成能力的影响，获得更大非晶形成能力的低成本铁基块体非晶合金。在此基础上，

进一步提高铁含量，并通过原位内生复合结构的设计与控制，即通过控制凝固过程，析

出高饱和磁化强度纳米bcc-Fe相来提高饱和磁化强度。在解析非晶相 纳米相（非晶相与

纳米相的含量，纳米晶粒的大小等）与成分关系的基础上，研究其纳米晶粒的生成机理

及稳定机制，及由此产生优异软磁性能的原因。本研究的最终目的是在深入理解高铁含

量铁基合金非晶形成机理的基础上，研制出新一代成本低廉、非晶形成能力大、饱和磁

化强度高、且具有优异软磁性能的大尺寸铁基非晶纳米晶软磁合金材料。

铁基非晶合金，非晶形成能力，bcc-Fe纳米相，高饱关键词(不超过5个，用分号分开):

和磁化强度，优异软磁性能；

Abstract (limited to 1500 characters)：

The project will be first focused on studying glass-forming ability of low

-cost Fe-based bulk glassy alloys by investigating the phase precipitating an

d competition during the glass formation process, then investigating the effe

ct of alloying elements and compositions on suppressing precipitation of the 

primary crystallization phase, and improving the glass-forming ability by exp

eriment. The scientific principles of the alloying technology into Fe-based b

ulk glassy alloys with high Fe content will be established. By using the Fe-b

ased glassy alloys with high Fe content and large glass-forming ability, prec

ipitate bcc-Fe phase with nano size in diameter through controlling its solid

ification process to obtain high saturated magnetization. On the basis of ana

lyzing the relationship of the nanocrystalline phase (contents and sizes), re

mained amorphous phase, and compositions of the alloys, then exploring mechan

isms of precipitation and stabilization of the nanocrystalline phase, as well

 as the reason resulting in excellent soft-magnetic properties. The ultimate 

goal of the current project is to develop next generation, large size, low-co

st, Fe-based glassy alloys containing nanosize bcc-Fe phase with high saturat

ed magnetization and excellent soft-magnetic properties for applications as s

oft-magnetic materials.

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Fe-based glassy alloys,Keywords (limited to 5 keywords,seperated by;):

glass-forming ability, bcc-Fe nanocrystalline phase, high saturated

magnetization, excellent soft-manetic properties;

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结题摘要

中文摘要(对项目的完成情况及取得成果做简单概述，1000字以内)：

铁族非晶、纳米晶材料具有优异的软磁性能，在变压器、电感器和传感器等领域具有

广阔的应用前景。本项目在执行期内对高饱和磁化强度和强非晶形成能力Fe基软磁块体

非晶合金、高饱和磁化强度Fe基纳米晶软磁材料和零磁致伸缩Co基块体非晶合金进行了

系统的研究。研发了多种性能优异，具有重要应用价值的合金成分；开发了金属非晶丝

材制造装备，制备出了多种规格的高质量Co基非晶丝材，研究了其巨磁阻抗效应，为高

性能磁敏传感器的设计奠定了实验基础。达到了项目任务书中的任务指标，多个指标超

额完成任务。在材料成分体系及其制备技术方面申报发明专利15项，其中7项已授权。自

获得资助以来，发表学术论文50余篇，审稿、修改及已接收论文10余篇。培养博士研究

生10人，已毕业7人，硕士研究生7人，已毕业5人。

铁钴基非晶合金; 非晶形成能力; bcc-Fe 纳米相;关键词(不超过5个，用分号分开):

高饱和磁化强度; 软磁性能

Abstract (limited to 3000 characters)：

The Fe- and Co-based amorphous and nanocrystalline materials with excellen

t soft magnetic properties are promise for applications in the field of trans

formers, inductors, and sensors etc. We systematically studied the high satur

ation magnetization and high amorphous forming ability of Fe-based soft magne

tic bulk amorphous alloys, high saturation magnetization of Fe-based nanocrys

talline soft magnetic alloys, and zero magnetostriction Co-based amorphous al

loys. As a result, a variety of Fe- and Co-based alloys with excellent soft m

agnetic properties have been developed. In addition, an equipment for prepari

ng amorphous metal wire was made through our design, and high quality Co-base

d amorphous wires were successfully prepared. The giant magneto-impedance (GM

I) effect was also studied by using those Co-based amorphous wires for the fu

ture applications of sensors. Through the support of this project, 15 inventi

on patents in material composition systems and their preparation technology w

ere declared, of which 7 patents have been authorized. More than 50 research 

papers have been published, and more than 10 papers are under review and revi

sion. Besides, 7 PhD students and 5 master students have graduated.

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Fe,Co-based glassy alloys;Keywords (limited to 5 keywords,seperated by;):

glass-forming ability; bcc-Fe nanocrystalline phase; high saturated

magnetization; soft-manetic properties

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报告正文

一 、 摘 要 和 关 键 词 摘 要 铁 族 非 晶 、 纳 米 晶 材 料 具 有 优 异 的 软 磁 性 能 ， 在 变 压 器 、 电

感 器 和 传 感 器 等 领 域 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。本 项 目 在 执 行 期 内 对 高

饱 和 磁 化 强 度 和 强 非 晶 形 成 能 力 F e 基 软 磁 块 体 非 晶 合 金 、 高 饱 和

磁 化 强 度 F e 基 纳 米 晶 软 磁 材 料 和 零 磁 致 伸 缩 C o 基 块 体 非 晶 合 金 进

行 了 系 统 的 研 究 。研 发 了 多 种 性 能 优 异 ，具 有 重 要 应 用 价 值 的 合 金

成 分 ；开 发 了 金 属 非 晶 丝 材 制 造 装 备 ，制 备 出 了 多 种 规 格 的 高 质 量

C o 基 非 晶 丝 材 ， 研 究 了 其 巨 磁 阻 抗 效 应 ， 为 高 性 能 磁 敏 传 感 器 的

设 计 奠 定 了 实 验 基 础 。达 到 了 项 目 任 务 书 中 的 任 务 指 标 ，多 个 指 标

超 额 完 成 任 务 。 在 材 料 成 分 体 系 及 其 制 备 技 术 方 面 申 报 发 明 专 利

1 5 项 ，其 中 7 项 已 授 权 。自 获 得 资 助 以 来 ，发 表 学 术 论 文 5 0 余 篇 ，

审 稿 、修 改 及 已 接 收 论 文 1 0 余 篇 。培 养 博 士 研 究 生 1 0 人 ，已 毕 业

7 人 ， 硕 士 研 究 生 7 人 ， 已 毕 业 5 人 。 具 体 执 行 情 况 如 下 所 述 。 关 键 词 铁 钴 基 非 晶 合 金 ；非 晶 形 成 能 力 ； b c c - F e 纳 米 相 ；高 饱 和 磁

化 强 度 ； 优 异 软 磁 性 能

二 、 研 究 计 划 和 执 行 情 况 1 ． 研 究 计 划

（ 1 ） 提 高 非 晶 形 成 能 力 的 研 究 ① 调 节 合 金 组 成 元 素 含 量 非 晶 态 形 成 过 程 的 本 质 就 是 抑 制 和 避 免 晶 态 相 的 形 成 ， 所 以

了 解 初 始 析 出 相 的 形 成 规 律 对 增 强 合 金 的 非 晶 形 成 能 力 极 其 重 要 。

为 提 高 合 金 的 非 晶 形 成 能 力 ，需 设 法 延 缓 或 抑 制 初 始 析 出 相 的 形 成

与 析 出 。 对 于 本 研 究 课 题 ， 由 于 F e 含 量 高 ， 形 成 含 该 元 素 的 初 始

析 出 相 的 几 率 就 大 ，需 调 节 各 合 金 元 素 含 量 来 控 制 初 始 相 的 晶 体 结

构 和 形 成 动 力 学 ， 以 得 到 更 大 的 非 晶 形 成 能 力 。 ② 添 加 新 合 金 元 素 根 据 不 同 的 初 始 析 出 相 ， 选 择 不 同 的 添 加 元 素 来 抑 制 它 们 的

生 成 。所 选 的 元 素 与 初 始 析 出 相 之 间 要 有 不 同 的 晶 态 结 构 与 有 限 的

相 互 溶 解 度 。在 凝 固 过 程 中 ，这 些 元 素 必 须 通 过 长 程 移 动 进 行 重 新

排 列 ，初 始 析 出 相 的 形 成 就 会 被 延 缓 或 终 止 ，从 而 提 高 合 金 的 非 晶

形 成 能 力 。 （ 2 ） 提 高 饱 和 磁 化 强 度 的 实 验 研 究 ① 提 高 F e 元 素 含 量 提 高 饱 和 磁 化 强 度 ， 最 直 接 的 方 法 就 是 提 高 F e 元 素 含 量 。

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即 在 保 持 合 金 非 晶 形 成 能 力 不 下 降 的 前 提 下 ，尽 可 能 提 高 F e 元 素

的 含 量 。 ② 原 位 内 生 纳 米 α - F e 相 因 为 要 有 足 够 的 非 晶 形 成 能 力 ， 仅 靠 提 高 F e 元 素 的 含 量 来

提 高 其 饱 和 磁 化 强 度 是 有 限 度 的 。因 此 ，还 需 考 虑 原 位 内 生 复 合 结

构 的 设 计 与 控 制 ，即 通 过 对 凝 固 过 程 的 控 制 ，析 出 高 饱 和 磁 化 强 度

的 纳 米 α - F e 相 来 提 高 其 饱 和 磁 化 强 度 。 通 过 过 冷 度 与 冷 却 速 度 的

调 节 ， 控 制 α - F e 相 的 尺 寸 、 形 貌 、 及 体 积 比 ， 则 完 全 有 望 研 制 出

高 饱 和 磁 化 强 度 F e 基 块 体 非 晶 纳 米 晶 软 磁 合 金 材 料 。 （ 3 ） 纳 米 α - F e 相 形 成 机 理 研 究 已 知 的 F e B S i N b C u 纳 米 晶 软 磁 合 金 ， 其 纳 米 晶 粒 的 形 成 机

理 在 于 两 个 原 因 ：（ 1 ）在 室 温 下 与 F e 元 素 几 乎 不 互 溶 的 C u 元 素

起 到 了 生 成 纳 米 晶 核 的 作 用 ;（ 2 ）高 熔 点 的 N b 元 素 则 阻 止 了 纳 米

晶 粒 的 长 大 。 而 新 型 F e P C B S i C u 纳 米 晶 软 磁 合 金 为 无 N b 低 C u 材 料 ，无 高 熔 点 合 金 元 素 。因 此 ，该 合 金 的 组 织 结 构 与 晶 粒 生 长 机

制 应 与 F e B S i N b C u 合 金 不 同 。 在 解 析 非 晶 相 ·纳 米 相 （ 非 晶 相 与

纳 米 相 的 含 量 ，纳 米 晶 粒 的 大 小 等 ）与 成 分 关 系 的 基 础 上 ，研 究 其

纳 米 晶 粒 的 生 成 机 理 及 稳 定 机 制 ， 及 由 此 产 生 优 异 软 磁 性 能 的 原

因 。 2 . 项 目 执 行 情 况 综 述

（ 1 ） 提 高 非 晶 形 成 能 力 的 研 究 研 发 了 多 种 具 有 强 非 形 成 能 力 的 新 型 F e 基 块 体 非 晶 合 金 ：首

先 ，研 发 的 F e 7 6 − x C o x M o 3 . 5 P 1 0 C 4 B 4 S i 2 . 5 ( x = 0 − 3 0 )合 金 系 能 够 获 得 临

界 直 径 为 5 m m 非 晶 棒 ， 直 接 铸 造 的 大 块 环 形 铁 芯 软 磁 性 能 优 异 。 然 后 ， 在 先 前 发 现 的 F e B S i N b 块 体 非 晶 合 金 的 基 础 上 ， 详 细

研 究 了 稀 土 元 素 对 该 合 金 非 晶 形 成 能 力 及 磁 致 伸 缩 的 影 响 。结 果 表

明 ， D y 元 素 的 添 加 对 该 合 金 非 晶 形 成 能 力 及 磁 致 伸 缩 的 提 高 有 明

显 效 果 。F e D y B S i N b 块 体 非 晶 合 金 饱 和 磁 致 伸 缩 系 数 达 6 5 p p m ，为

铁 基 非 晶 合 金 之 最 。 该 研 究 获 0 7 年 度 国 家 8 6 3 计 划 项 目 （ 块 体 非

晶 磁 致 伸 缩 合 金 及 其 在 智 能 结 构 中 的 应 用 研 究 ， 项 目 编 号 ：

2 0 0 7 A A 0 3 Z 1 0 2 ） 支 持 。 最 后 ， 研 发 了 具 有 较 强 的 非 晶 形 成 能 力 和 饱 和 磁 化 强 度 达 到

1 . 6 4 T 的 F e S i B P 系 块 体 非 晶 合 金 。随 着 F e 含 量 的 增 加 ，合 金 的 饱

和 磁 化 强 度 依 次 升 高 ， 尤 其 是 当 F e 的 原 子 百 分 含 量 达 到 7 9 a t % 以

上 后 ， 非 晶 合 金 的 饱 和 磁 化 强 度 超 过 了 1 . 6 T 。 此 外 ， 该 合 金 还 表

现 出 优 异 的 软 磁 性 能 ， 比 如 矫 顽 力 为 1 . 8 A / m， 在 1 A / m 和 1 k H z 条

件 下 初 始 磁 导 率 为 1 6 7 0 0 。 （ 2 ） 提 高 饱 和 磁 化 强 度 的 实 验 研 究 结 合 国 家 经 济 发 展 重 大 战 略 需 求 ，开 展 了“ 低 损 耗 高 饱 和 磁 感

应 强 度 铁 基 纳 米 晶 软 磁 合 金 ”的 研 究 工 作 ，成 功 研 制 出 具 有 优 异 软

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磁 性 能 的 F e S i B P C u 纳 米 晶 软 磁 合 金 。 合 金 表 现 出 优 异 的 磁 性 能 ，

如 高 饱 和 磁 感 应 强 度 1 . 8 T ， 低 矫 顽 力 1 . 1 A / m， 5 0 H z ， 1 T 时 铁 损

为 0 . 2 2 W / k g ， 分 别 是 取 向 硅 钢 铁 损 （ 0 . 6 4 W / k g ） 的 三 分 之 一 ， 无

取 向 硅 钢 铁 损 （ 2 . 0 W / k g ） 的 九 分 之 一 。 其 优 良 的 综 合 性 能 使 之 有

望 应 用 于 配 电 变 压 器 、 马 达 以 及 开 关 电 源 等 领 域 。 该 研 究 获 0 9 年

度 国 家 8 6 3 计 划 项 目（ 低 铁 损 新 型 纳 米 晶 材 料 与 器 件 开 发 ，项 目 编

号 ： 2 0 0 9 A A 0 3 Z 2 1 4 ） 支 持 ， 课 题 组 博 后 研 究 人 员 申 请 到 1 0 年 度 国

家 青 年 科 学 基 金 项 目 （ 高 饱 和 磁 感 应 强 度 F e S i B P C u 纳 米 晶 软 磁 合

金 晶 化 机 制 研 究 ，项 目 编 号 ： 5 1 0 0 1 1 1 2 ）相 关 内 容 在 科 技 部 国 家 科

技 成 果 网 上 得 到 报 道 。 此 外 ， 在 传 统 的 F e B C 合 金 基 础 上 ， 调 整 F e 元 素 的 含 量 并 同

时 添 加 C u 元 素 ， 大 大 提 高 了 体 系 的 饱 和 磁 化 强 度 ( B s ) ， 在 高 F e 含

量 体 系 中 ， 实 现 高 B s 与 优 异 软 磁 性 能 的 并 存 。 F e 8 4 B 1 0 C 6 C u 1 纳 米

晶 合 金 具 有 优 异 的 软 磁 性 能 ，其 中 饱 和 磁 化 强 度 为 1 . 7 8 T ，矫 顽 力

为 5 . 1 A / m，铁 损 P 1 0 / 5 0 = 0 . 3 4 W / k g 、P 1 0 / 4 0 0 = 4 . 3 W / k g 、P 1 0 / 1 k = 1 2 . 5 W / k g ， 与 取 向 硅 钢 相 比 ， 其 节 能 效 果 显 著 。 在 当 今 能 源 问 题 ， 环

境 问 题 日 益 严 重 的 今 天 具 有 重 要 意 义 。 （ 3 ） 纳 米 α - F e 相 形 成 机 理 研 究 在 晶 化 过 程 中 ，结 晶 过 程 的 结 晶 激 活 能 是 一 个 重 要 的 动 力 学 参

量 。 通 过 对 F e 8 4 S i 4 B 8 P 4 和 F e 8 3 . 3 S i 4 B 8 P 4 C u 0 . 7 非 晶 合 金 晶 化 激 活 能

的 研 究 ， 说 明 C u 加 入 后 ， 使 得 第 一 相 ， 即 α - F e 相 ， 更 容 易 析 出 。

由 于 C u 在 F e 基 非 晶 中 与 F e 有 较 大 的 正 混 合 焓 ， 因 此 有 较 强 的 排

斥 作 用 。在 晶 化 过 程 初 期 ， α - F e 析 出 之 前 ， C u 会 在 F e 基 非 晶 中 优

先 富 集 ， 形 成 C u 团 簇 。 C u 团 簇 的 （ 1 1 1 ） 面 和 α - F e 的 （ 1 1 0 ） 面

可 以 构 成 完 全 共 格 界 面 ，所 以 α - F e 可 以 依 附 于 面 心 立 方 的 C u 团 簇

形 核 ， 从 而 降 低 α - F e 形 核 所 需 要 的 激 活 能 。 最 后 ， 阐 述 和 探 讨 了

纳 米 α - F e 相 形 成 机 理 研 究 。 （ 4 ） 金 属 非 晶 丝 制 造 装 备 研 制 项 目 承 担 人 研 制 出 一 套 具 有 我 国 自 主 知 识 产 权 的 高 效 、 可 靠 、

先 进 的 非 晶 丝 连 续 制 造 装 备 。该 研 制 计 划 获 中 科 院 科 研 装 备 研 制 计

划 项 目 “ 金 属 非 晶 丝 制 造 装 备 ”（ 项 目 编 号 ： Y 2 0 1 0 0 1 0 ） 支 持 。 制

备 出 了 多 种 规 格 的 高 质 量 C o 基 非 晶 丝 材 ，研 究 了 其 巨 磁 阻 抗 效 应 ，

为 高 性 能 磁 敏 传 感 器 的 设 计 奠 定 了 实 验 基 础 。 （ 5 ） 零 磁 致 伸 缩 C o 基 块 体 非 晶 合 金 和 巨 磁 阻 抗 效 应 研 究 近 零 磁 致 伸 缩 C o 基 非 晶 合 金 丝 因 其 高 巨 磁 阻 抗 效 应 （ G i a n t

M a g n e t o - i m p e d a n c e , G M I ） 的 特 性 ， 而 在 高 灵 敏 磁 传 感 器 领 域 显 示

出 极 大 的 应 用 前 景 。项 目 承 担 人 开 发 了 多 种 新 型 C o 基 非 晶 合 金 系 ，

最 大 非 晶 形 成 能 力 可 达 6 m m ， 非 常 容 易 地 制 备 出 阻 抗 比 达 2 5 0 % 的

C o 基 非 晶 合 金 丝 。 （ 6 ） 优 异 磁 制 冷 性 能 G d 基 非 晶 合 金 的 研 制

传 统 压 缩 制 冷 技 术 存 在 两 个 现 实 的 问 题 ：一 是 制 冷 效 率 低 ，二

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是 含 氟 制 冷 剂 的 使 用 会 导 致 大 气 臭 氧 层 的 破 坏 。项 目 承 担 人 通 过 对

G d N i A l 非 晶 研 究 获 得 优 异 的 磁 制 冷 性 能 ：在 5 T 磁 场 下 ，磁 熵 变 为

9 . 2 5 J k g - 1 K - 1 ， 绝 热 温 变 为 4 . 3 K， 冷 冻 效 率 R C P 为 8 5 1 J k g - 1 。 该

工 作 发 表 在 A p p l . P h y s . L e t t . 1 0 1 ( 2 0 1 2 ) , 0 3 2 4 0 5 上 ， 同 时 也 为 研 究

非 晶 合 金 磁 致 冷 性 能 及 其 在 低 温 区 的 应 用 起 到 了 良 好 的 推 动 作 用 。

三 、 研 究 主 要 进 展 和 研 究 成 果 1 ． 研 究 主 要 进 展

（ 1 ） 强 非 晶 形 成 能 力 铁 基 块 体 非 晶 合 金 研 究 能 源 问 题 和 环 境 问 题 是 当 今 的 热 门 话 题 之 一 。 由 于 F e 基 非

晶 、 纳 米 晶 合 金 具 有 高 电 阻 率 、 低 损 耗 、 高 强 韧 性 、 高 磁 导 率 以 及

较 高 的 饱 和 磁 化 强 度 等 优 点 ，同 时 制 备 工 艺 简 单 、节 能 环 保 ，因 而

非 常 有 望 成 为 硅 钢 和 软 磁 铁 氧 体 的 换 代 产 品 。 目 前 ， 传 统 的 F e S i B系 列 非 晶 合 金 已 经 广 泛 用 于 各 种 变 压 器 、电 感 器 和 传 感 器 ，成 为 电

力 、电 子 和 信 息 领 域 不 可 缺 少 的 重 要 基 础 材 料 。但 是 其 非 晶 形 成 能

力 较 小 ，只 能 制 备 成 带 材 ，丝 材 和 粉 末 。薄 带 之 间 由 于 存 在 空 隙 降

低 了 变 压 器 的 效 率 ；而 且 很 难 制 备 出 形 状 复 杂 的 磁 性 器 件 ，在 应 用

中 受 到 了 很 大 的 限 制 。因 此 ，研 发 强 非 晶 形 成 能 力 的 软 磁 合 金 是 非

常 必 要 的 。 ① 强 非 晶 形 成 能 力 F e C o M o P C B S i 系 块 体 非 晶 合 金

课 题 组 研 究 了 F e 7 6 − x C o x M o 3 . 5 P 1 0 C 4 B 4 S i 2 . 5 ( x = 0 − 3 0 ) 合 金 的 非

晶 形 成 能 力 ， X 射 线 衍 射 图 谱 表 明 ，当 x = 1 0 时 非 晶 形 成 能 力 最 大 ，

可 获 得 临 界 直 径 为 5 m m 非 晶 棒 ( 如 图 1 所 示 ) 。 然 后 ， 利 用 该 成 分

直 接 铸 造 大 块 环 形 铁 芯 ， 研 究 其 磁 性 能 。 图 2 为 铜 模 铸 造 F e 6 6 C o 1 0 M o 3 . 5 P 1 0 C 4 B 4 S i 2 . 5 外 径 1 0 m m， 内 径 6 m m， 厚 度 1 m m 的

X 射 线 衍 射 图 谱 ， 插 图 为 铸 态 铁 芯 和 磁 性 能 测 试 样 品 实 物 图 。 X 射

线 衍 图 谱 表 明 该 铸 态 铁 芯 为 非 晶 结 构 。图 3 为 铸 态 铁 芯 和 相 同 成 分

快 淬 条 带 （ 厚 度 约 2 0 μm） D S C 曲 线 ， 可 以 看 出 ： 该 铸 态 块 体 非 晶

合 金 的 玻 璃 转 变 温 度 T g = 7 2 2 K ， 晶 化 温 度 T x = 7 6 6 K ， 过 冷 液 相 区 ，

第 一 晶 化 热 焓 ( ΔH 1 ) 与 同 成 分 的 快 淬 条 带 无 明 显 差 别 ， 进 一 步 证 实

其 非 晶 态 结 构 。铸 态 非 晶 合 金 居 里 温 度 ( T c ＝ 5 8 0 K ) 比 快 淬 条 带 高 约

3 K， 这 主 要 是 由 两 者 结 构 驰 豫 程 度 不 同 造 成 的 。 图 4 为 不 同 温 度

热 处 理 后 的 软 磁 性 能 变 化 曲 线 。可 以 看 出 ，在 7 2 3 K 退 火 6 0 0 s 后 ，

铁 芯 矫 顽 力 为 1 . 0 A / m， 最 大 磁 导 率 为 4 5 0 0 0 0 。 另 外 ， 该 热 处 理 条

件 下 铁 芯 饱 和 磁 感 应 强 度 为 1 . 2 3 T ， 铁 损 为 0 . 4 W / k g ( B m = 1 . 0 T , f = 5 0 H z ) 。

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图 1、FeCoMoPCBSi 铸态棒材 X 射线衍射图

图 2、FeCoMoPCBSi 铸态铁芯 X 射线衍射图，铸态实物图铁芯和磁性能测试样品

图 3、FeCoMoPCBSi 铸态铁芯和相同成分快淬条带（厚度约 20 μm）D S C 曲 线

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图 4、FeCoMoPCBSi 铁芯不同温度热处理后的软磁性能变化曲线

② 强 非 晶 形 成 能 力 、 大 磁 致 伸 缩 F e D y B S i N b 非 晶 软 磁 合 金 铁 磁 性 块 体 非 晶 合 金 因 其 兼 具 优 异 软 磁 性 能 和 超 高 断 裂 强

度 ， 是 潜 在 的 结 构 和 功 能 材 料 ， 正 受 到 越 来 越 多 的 关 注 。 其 中 ， 采

用 非 晶 磁 性 合 金 材 料 作 为 芯 体 的 传 感 器 具 有 灵 敏 度 高 、频 响 好 、功

耗 低 和 直 流 测 量 稳 定 性 好 等 特 点 ，而 铁 基 磁 致 伸 缩 非 晶 合 金 传 感 器

除 了 上 述 优 点 外 ，还 可 以 测 量 物 体 位 置 的 瞬 间 微 小 变 化 ，因 而 可 用

于 微 位 移 和 液 面 高 度 等 的 测 控 。但 是 传 统 铁 基 非 晶 合 金 饱 和 磁 致 伸

缩 低（ 小 于 4 0 × 1 0 - 6 ），且 受 非 晶 形 成 能 力 的 影 响 ，只 能 制 备 出 带 材

和 丝 材 ， 应 用 领 域 受 到 限 制 。 课 题 组 在 项 目 负 责 人 先 前 发 现 的 F e B S i N b 块 体 非 晶 合 金 的 基

础 上 ，详 细 研 究 了 稀 土 元 素 对 该 合 金 非 晶 形 成 能 力 及 磁 致 伸 缩 的 影

响 。 结 果 表 明 ， D y 元 素 的 添 加 对 该 合 金 非 晶 形 成 能 力 及 磁 致 伸 缩

的 提 高 有 明 显 效 果 。 图 5 为 F e D y B S i N b 非 晶 合 金 带 材 D S C 测 量 结

果 。 如 图 所 示 ， 随 着 D y 含 量 的 增 加 ， 过 冷 液 相 区 变 宽 ， 当 D y 含

量 增 加 至 x = 0 . 0 4 时 ，其 过 冷 液 相 区 增 至 1 0 0 K , 表 明 该 合 金 具 有 稳 定

的 过 冷 液 相 。 图 6 为 经 铜 模 铸 造 后 得 到 的 块 体 非 晶 合 金 的 X 射 线

衍 射 图 。 从 图 中 可 以 看 到 ， D y 含 量 x = 0 . 0 4 的 合 金 ， 具 有 最 大 的 非

晶 形 成 能 力 ， 其 块 体 非 晶 合 金 的 尺 寸 达 4 m m 。 图 7 为 F e D y B S i N b块 体 非 晶 合 金 磁 致 伸 缩 测 量 结 果 ，该 结 果 显 示 D y 含 量 x = 0 . 0 4 的 合

金 具 有 最 大 磁 致 伸 缩 ，其 饱 和 磁 致 伸 缩 系 数 达 6 5 p p m ，为 铁 基 非 晶

合 金 之 最 。

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图 5、(Fe0.75-xDyxB0.2Si0.05)96Nb4 (x=0.01−0.07)块体非晶合金的 XRD 图谱

图 6、(Fe0.75-xDyxB0.2Si0.05)96Nb4 (x=0−0.07)非晶合金的 DSC 曲线图

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图 7、(Fe0.75-xDyxB0.2Si0.05)96Nb4 (x=0−0.07)非晶带材的磁致伸缩系数测量曲线图

此 外 ， 该 铁 基 块 体 非 晶 合 金 体 系 具 有 1 0 0 K 的 大 过 冷 液 相 区 ，

因 此 可 在 该 温 度 区 间 内 象 塑 料 一 样 进 行 形 状 复 杂 的 超 塑 性 加 工 。同

时 ， 该 铁 磁 性 块 体 非 晶 合 金 体 系 还 具 有 0 . 6 5 - 0 . 8 6 T 的 饱 和 磁 感 应

强 度 ，超 过 7 0 0 0 的 初 始 磁 导 率 ，以 及 3 8 0 0 - 4 0 0 0 M P a 的 超 高 强 度 。

其 优 良 的 综 合 性 能 使 之 有 望 成 为 磁 致 伸 缩 传 感 器 芯 体 材 料 。该 研 究

获 0 7 年 度 国 家 8 6 3 计 划 项 目 （ 块 体 非 晶 磁 致 伸 缩 合 金 及 其 在 智 能

结 构 中 的 应 用 研 究 ， 项 目 编 号 ： 2 0 0 7 A A 0 3 Z 1 0 2 ） 支 持 。 相 关 结 果

发 表 在 A I P A d v a n c e s 1 ( 2 0 1 1 ) , 0 4 2 1 1 0 上 ， 申 请 了 国 家 发 明 专 利 ，

且 获 得 授 权 （ 发 明 专 利 4 ）， 并 已 被 列 入 工 信 部 新 材 料 产 业 “ 十 二

五 ” 重 点 产 品 目 录 （ 产 品 编 号 ： 3 8 8 ， 产 品 名 称 ： 其 他 高 性 能 磁 致

伸 缩 材 料 ）。 相 关 内 容 还 应 邀 分 别 在 2 0 1 1 年 韩 国 物 理 学 会 春 季 年

会 （ 4 . 1 3 - 1 5 ， 2 0 1 1 , 大 邱 ， 韩 国 ）、 2 0 1 1 年 国 际 先 进 材 料 制 造 与

加 工 会 议 （ T H E R M E C ’ 2 0 1 1 , 8 . 1 - 5 , 2 0 1 1 , 魁 北 克 ， 加 拿 大 ） 上 作

了 邀 请 报 告 ， 在 2 0 1 1 年 欧 洲 材 料 年 会 （ E U R O M AT 2 0 1 1 , 9 . 1 2 - 1 5 , 2 0 1 1 , M o n t p e l l i e r , 法 国 ） 上 作 了 亮 点 演 讲 （ H i g h l i g h t L e c t u r e ）。相 关 新 闻 分 别 在 中 科 院 院 网 及 科 学 网 上 得 到 报 道 。

③ 高 饱 和 磁 化 强 度 F e S i B P 系 块 体 非 晶 合 金 对 于 F e 基 非 晶 合 金 来 说 ， 同 时 提 高 饱 和 磁 化 强 度 和 非 晶 形 成

能 力 是 一 大 难 题 。传 统 的 F e S i B 系 列 非 晶 合 金 虽 然 已 广 泛 应 用 ，但

是 其 非 晶 形 成 能 力 较 小 ， 饱 和 磁 化 强 度 也 只 有 1 . 2 T 左 右 。 因 此 ，

研 发 同 时 具 有 较 强 非 晶 形 成 能 力 和 饱 和 磁 化 强 度 超 过 1 . 5 T 的 F e基 块 体 非 晶 合 金 具 有 显 著 的 应 用 价 值 。

课 题 组 研 发 了 具 有 较 强 的 非 晶 形 成 能 力 和 饱 和 磁 化 强 度 达 到

1 . 6 4 T 的 F e S i B P 系 块 体 非 晶 合 金 。图 8 为 F e S i B P 非 晶 合 金 带 材 的

D S C 曲 线 ， 随 着 F e 含 量 的 增 加 ， 合 金 的 玻 璃 转 变 温 度 （ T g ） 和 晶

化 温 度（ T x ）均 向 低 温 方 向 移 动 ，玻 璃 转 变 现 象 越 来 越 不 明 显 。图

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9 为 铜 模 铸 造 得 到 的 F e S i B P 块 体 非 晶 棒 材 的 X 射 线 衍 射 图 。 从 图

中 可 以 看 出 ， 随 着 F e 含 量 的 增 加 ， 可 以 得 到 的 非 晶 棒 材 的 临 界 直

径 越 来 越 小 ， 即 便 是 当 F e 的 原 子 百 分 含 量 达 到 7 9 a t % 时 ， 还 是 可

以 制 备 出 1 . 5 m m 的 非 晶 棒 材 的 。 图 1 0 为 F e S i B P 非 晶 合 金 的 磁 化

曲 线 。 随 着 F e 含 量 的 增 加 ， 合 金 的 饱 和 磁 化 强 度 依 次 升 高 ， 尤 其

是 当 F e 的 原 子 百 分 含 量 达 到 7 9 a t % 以 上 后 ， 非 晶 合 金 的 饱 和 磁 化

强 度 超 过 了 1 . 6 T 。 此 外 ， 该 合 金 还 表 现 出 优 异 的 软 磁 性 能 ， 比 如

矫 顽 力 为 1 . 8 A / m， 在 1 A / m 和 1 k H z 条 件 下 初 始 磁 导 率 为 1 6 7 0 0 。

图 8、Fe76+xSixBP 非晶合金带材 DSC 曲线。

图 9、Fe76+xSixBP 铜模铸造块体非晶棒材 X 射线衍射图。

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图 10、 Fe76+xSixBP 非晶合金的磁化曲线。

（ 2 ） 高 饱 和 磁 化 强 度 铁 基 纳 米 晶 研 究 进 展 随 着 电 子 器 件 小 型 化（ 要 求 高 饱 和 磁 感 应 强 度 ）和 国 家 节 能 减

排 政 策 的 实 施 （ 要 求 低 损 耗 ）， 研 究 开 发 同 时 具 有 高 饱 和 磁 感 应 强

度 和 低 损 耗 的 新 型 软 磁 合 金 材 料 变 得 日 益 重 要 。硅 钢 和 软 磁 铁 氧 体

是 应 用 最 多 的 软 磁 材 料 。但 硅 钢 的 铁 损 较 大 ，而 软 磁 铁 氧 体 的 饱 和

磁 化 强 度 又 太 低 ，因 此 ，开 发 同 时 具 有 高 饱 和 磁 化 强 度 和 低 铁 损 的

材 料 是 目 前 软 磁 领 域 最 热 门 的 研 究 方 向 。其 中 ，最 引 人 注 目 的 前 沿

研 究 在 于 F e 基 非 晶 、纳 米 晶 合 金 的 开 发 。这 主 要 是 由 于 F e 基 非 晶 、

纳 米 晶 合 金 具 有 高 电 阻 率 、低 损 耗 、高 强 韧 性 、高 磁 导 率 以 及 较 高

的 饱 和 磁 化 强 度 等 优 点 ，同 时 制 备 工 艺 简 单 、节 能 环 保 ，因 而 非 常

有 望 成 为 硅 钢 和 软 磁 铁 氧 体 的 换 代 产 品 ，从 而 广 泛 用 于 各 种 电 力 和

电 子 设 备 。目 前 ，电 器 的 小 型 化 和 高 性 能 化 迫 切 地 需 要 使 用 高 饱 和

磁 化 强 度 的 软 磁 材 料 作 为 磁 芯 。对 于 纳 米 晶 软 磁 而 言 ，要 提 高 合 金

的 饱 和 磁 化 强 度 ， 需 尽 量 增 加 F e 的 含 量 ， 相 应 减 少 合 金 内 的 非 铁

磁 性 元 素 。但 是 ，这 些 非 铁 磁 性 元 素 多 为 非 晶 形 成 元 素 ，其 含 量 的

减 少 会 导 致 母 合 金 非 晶 形 成 能 力 的 下 降 ，从 而 造 成 纳 米 晶 材 料 尺 寸

的 减 小 。 本 课 题 研 究 了 新 型 的 无 N b 低 C u 的 F e - S i - B - P - C u 和 F e - B - C - C u

合 金 体 系 获 得 了 同 时 具 有 高 饱 和 磁 化 强 度 和 优 异 软 磁 性 能 的 铁 基

纳 米 晶 合 金 ， 非 常 有 望 应 用 于 于 各 种 电 力 和 电 子 设 备 等 领 域 。 ① F e - S i - B - P - C u 系 纳 米 晶 软 磁 合 金 项 目 承 担 人 紧 密 结 合 国 家 经 济 发 展 重 大 战 略 需 求 ，开 展 了“ 低

损 耗 高 饱 和 磁 感 应 强 度 铁 基 纳 米 晶 软 磁 合 金 ”的 研 究 工 作 ，成 功 研

制 出 具 有 优 异 软 磁 性 能 的 F e S i B P C u 纳 米 晶 软 磁 合 金 。 本 课 题 研 究

了 新 型 的 无 N b 低 C u 的 F e - S i - B - P - C u 合 金 体 系 中 P 与 B 元 素 的 比

例 对 F e - S i - B - P - C u 纳 米 晶 合 金 磁 性 能 的 影 响 ， 并 研 究 其 对 合 金 微

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观 结 构 的 影 响 。 图 1 1 给 出 了 饱 和 磁 感 应 强 度 与 矫 顽 力 随 P 含 量 变

化 的 关 系 。 从 图 中 可 以 看 到 ， 对 合 金 进 行 7 9 3 K 退 火 1 2 0 s 后 ， 随

着 P 元 素 含 量 的 增 加 饱 和 磁 感 应 强 度 总 体 呈 现 下 降 的 趋 势 ，而 矫 顽

力 呈 递 减 趋 势 ，当 P 含 量 在 5 % 时 ，达 到 最 小 值 1 . 1 A / m，但 P 元 素

含 量 超 过 5 % 时 ， 矫 顽 力 开 始 增 大 。 图 1 2 显 示 了 P 含 量 为 1 % 与 P含 量 为 5 % 的 合 金 的 T E M 与 S E A D 图 谱 。 可 见 ， P 含 量 为 1 % 的 合

金 中 ，退 火 后 合 金 晶 粒 尺 寸 为 4 1 n m 左 右 ，晶 粒 分 布 标 准 差 为 8 . 2 1 ，

而 P 含 量 为 5 % 的 合 金 退 火 后 合 金 晶 粒 尺 寸 大 约 为 1 5 n m， 晶 粒 分

布 标 准 差 为 2 . 8 8 ，可 见 P 含 量 为 5 % 时 退 火 后 纳 米 晶 更 加 细 化 、均

一 。 因 而 ， P 含 量 为 5 % 的 合 金 表 现 出 优 异 的 磁 性 能 ， 如 高 饱 和 磁

感 应 强 度 1 . 8 T ，低 矫 顽 力 1 . 1 A / m，5 0 H z ，1 T 时 铁 损 为 0 . 2 2 W / k g ，

（ 如 图 1 3 所 示 ）， 分 别 是 取 向 硅 钢 铁 损 （ 0 . 6 4 W / k g ） 的 三 分 之 一 ，

无 取 向 硅 钢 铁 损 （ 2 . 0 W / k g ） 的 九 分 之 一 。 其 优 良 的 综 合 性 能 使 之

有 望 应 用 于 配 电 变 压 器 、马 达 以 及 开 关 电 源 等 领 域 。所 获 研 究 成 果

均 有 自 主 知 识 产 权 （ 发 明 专 利 7 , 1 2 ）。 该 研 究 获 0 9 年 度 国 家 8 6 3计 划 项 目 （ 低 铁 损 新 型 纳 米 晶 材 料 与 器 件 开 发 ， 项 目 编 号 ：

2 0 0 9 A A 0 3 Z 2 1 4 ）支 持 ，课 题 组 博 后 研 究 人 员 申 请 到 1 0 年 度 国 家 青

年 科 学 基 金 项 目 （ 高 饱 和 磁 感 应 强 度 F e S i B P C u 纳 米 晶 软 磁 合 金 晶

化 机 制 研 究 ，项 目 编 号 ： 5 1 0 0 1 1 1 2 ）。在 第 5 6 届 国 际 磁 学 与 磁 性 材

料 年 会 （ 5 6 t h A n n u a l C o n f e r e n c e o n M a g n e t i s m a n d M a g n e t i c M a t e r i a l s ， P h o e n i x , 美 国 ） 上 做 了 报 告 ， 得 到 参 会 人 员 的 高 度 评

价 。 相 关 结 果 发 表 在 J . A p p l . P h y s . 1 1 1 ( 2 0 1 2 ) , 0 7 A 3 1 1 上 。 该 论 文

被 Vi r t u a l J o u r n a l o f N a n o s c a l e S c i e n c e & Te c h n o l o g y 收 录 于 2 5 卷

（ 2 0 1 2 ）9 期 M I S C E L L A N E O U S 栏 目 内 。相 关 内 容 在 科 技 部 国 家 科

技 成 果 网 上 得 到 报 道 。

图 11、P 与 B 的比例对合金饱和磁感应强度和矫顽力的影响。

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图 12、P 含量为 1 %与 P 含量为 5 %的合金的 TEM 与 SEAD 图谱。

图 13、P 含量为 5 %的合金在 50 Hz 和 400 Hz 下的铁损与最大磁感应强度之间关系。

② F e - B - C - C u 系 纳 米 晶 合 金 体 系 在 传 统 的 F e B C 合 金 基 础 上 ， 调 整 F e 元 素 的 含 量 并 同 时 添 加

C u 元 素 ， 大 大 提 高 了 体 系 的 饱 和 磁 化 强 度 ( B s )， 在 高 F e 含 量 体 系

中 ， 实 现 高 B s 与 优 异 软 磁 性 能 的 并 存 。 在 F e 8 4 – x B 1 0 C 6 C u x 合 金 体

系 中 ，适 量 C u 元 素 的 添 加 有 效 促 进 了 纳 米 级 单 相 α - F e 的 析 出 ，改

善 了 纳 米 晶 合 金 的 软 磁 性 能 。F e 8 4 B 1 0 C 6 C u 1 纳 米 晶 合 金 具 有 优 异 的

软 磁 性 能 ， 其 中 饱 和 磁 化 强 度 为 1 . 7 8 T ， 矫 顽 力 为 5 . 1 A / m， 铁 损

P 1 0 / 5 0 = 0 . 3 4 W / k g 、 P 1 0 / 4 0 0 = 4 . 3 W / k g 、 P 1 0 / 1 k = 1 2 . 5 W / k g ， 与 取

向 硅 钢 相 比 ， 其 节 能 效 果 显 著 。 本 合 金 体 系 中 F e 含 量 的 提 升 ， 不

含 Z r ， N b ， M o ， W 等 昂 贵 的 金 属 元 素 ， 不 含 挥 发 性 元 素 ， 降 低 了

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合 金 的 成 本 。 从 图 1 4 可 以 看 到 ， 与 取 向 硅 钢 相 比 ， 在 工 频 条 件 下

F e B C C u 合 金 铁 损 降 低 了 2 0 % ， 在 4 0 0 H z 时 具 有 更 低 的 值 ， 在 当

今 能 源 问 题 ， 环 境 问 题 日 益 严 重 的 今 天 具 有 重 要 意 义 。 所 制 备 的 新 型 F e - S i - B - C - C u 合 金 的 D S C 曲 线 及 在 不 同 退 火 条

件 下 矫 顽 力 变 化 规 律 曲 线 如 图 1 5 和 图 2 4 所 示 。 可 以 看 到 随 着 S i含 量 的 增 加 ， 第 一 晶 化 温 度 与 第 二 晶 化 温 度 之 间 的 温 度 差 逐 渐 增

大 ， 在 S i 含 量 为 4 a t % 时 达 到 最 大 值 。 这 说 明 S i 元 素 的 添 加 可 以

使 得 析 出 α - F e 后 的 残 余 非 晶 相 更 加 稳 定 ，从 而 有 利 于 α - F e 单 相 的

析 出 ， 获 得 更 优 的 软 磁 性 能 。 从 矫 顽 力 变 化 关 系 图 上 也 可 以 看 到 ，

在 退 火 3 分 钟 后 ， S i 含 量 为 4 a t % 的 合 金 有 更 低 的 矫 顽 力 ，并 且 在

比 较 高 的 温 度 退 火 后 ， 仍 可 保 持 较 低 的 值 。

图 14、在 50Hz 下铁损与硅钢对比图

图 15、不同 Si 含量的 Fe-Si-B-C-Cu 合金的 DSC 曲线

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图 16、不同 Si 含量的 Fe-Si-B-C-Cu 合金的在不同退火条件下矫顽力变化规律曲线

（ 3 ） 纳 米 α - F e 相 形 成 机 理 研 究 非 晶 是 热 力 学 上 的 亚 稳 态 ，在 一 定 的 条 件 下 将 转 变 为 更 稳 定 的

状 态 ，即 发 生 晶 化 。在 晶 化 过 程 中 ，非 晶 相 会 转 变 为 其 他 亚 稳 相 或

稳 定 相 ，晶 化 过 程 的 驱 动 力 是 非 晶 与 晶 化 相 之 间 的 自 由 能 差 。与 凝

固 过 程 类 似 ， 非 晶 的 晶 化 也 分 为 形 核 和 长 大 过 程 。 在 晶 化 过 程 中 ，

结 晶 过 程 的 结 晶 激 活 能 是 一 个 重 要 的 动 力 学 参 量 。对 于 恒 速 升 温 的

相 转 变 过 程 ， 晶 化 激 活 能 可 以 由 K i s s i n g e r 方 程 进 行 计 算 。 为 了

研 究 C u 的 加 入 对 合 金 晶 化 激 活 能 的 影 响 ， 选 取 非 晶 合 金

F e 8 4 S i 4 B 8 P 4 和 F e 8 3 . 3 S i 4 B 8 P 4 C u 0 . 7 作 为 研 究 对 象 ， 研 究 其 在 不 同 升

温 速 率 下 D S C 曲 线 。 图 1 7 为 第 一 晶 化 峰 的 K i s s i n g e r 曲 线 。 根 据

曲 线 斜 率 ，带 入 K i s s i n g e r 方 程 ，可 以 得 到 F e 8 4 S i 4 B 8 P 4 第 一 晶 化 激

活 能 为 3 1 7 k J / m o l ； F e 8 3 . 3 S i 4 B 8 P 4 C u 0 . 7 第 一 晶 化 晶 化 能 为 3 0 2 k J / m o l 。 说 明 C u 加 入 后 ， 使 得 第 一 相 ， 即 α - F e 相 ， 更 容 易 析 出 ，

其 机 理 与 F I N E M E T 形 核 机 理 一 致 。 由 于 C u 在 F e 基 非 晶 中 与 F e有 较 大 的 正 混 合 焓 ，因 此 有 较 强 的 排 斥 作 用 。在 晶 化 过 程 初 期 ，α - F e析 出 之 前 ， C u 会 在 F e 基 非 晶 中 优 先 富 集 ， 形 成 C u 团 簇 。 C u 团 簇

的（ 1 1 1 ）面 和 α - F e 的（ 1 1 0 ）面 可 以 构 成 完 全 共 格 界 面 ，所 以 α - F e可 以 依 附 于 面 心 立 方 的 C u 团 簇 形 核 ，从 而 降 低 α - F e 形 核 所 需 要 的

激 活 能 。 最 后 形 成 α - F e 分 散 在 非 晶 基 体 里 面 的 微 观 结 构 。 其 微 观

结 构 变 化 过 程 示 意 图 如 图 1 8 所 示 。

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图 17、Fe84Si4B8P4和 Fe83.3Si4B8P4Cu0.7第一晶化峰的 Kissinger 曲线

图 18、Fe-Si-B-P-Cu 纳米晶微观结构变化过程示意图

（ 4 ） 金 属 非 晶 丝 制 造 装 备 研 制 金 属 非 晶 丝 ，以 其 高 强 度 、高 弹 性 模 量 、良 好 的 耐 磨 耐 蚀 性 以

及 优 异 的 磁 电 性 能 等 优 点 受 到 各 国 青 睐 ， 在 国 防 、 交 通 、 冶 金 、 化

工 和 汽 车 等 领 域 应 用 前 景 广 泛 。钴 基 、铁 基 等 金 属 软 磁 非 晶 丝 是 目

前 国 内 外 正 在 重 点 发 展 的 高 灵 敏 度 、高 响 应 频 率 、低 功 耗 、小 尺 寸

巨 磁 阻 抗 磁 敏 传 感 器 所 必 不 可 少 的 材 料 ，相 关 非 晶 丝 的 研 制 受 到 国

内 外 广 泛 关 注 。然 而 国 内 金 属 非 晶 丝 、特 别 是 钴 基 非 晶 丝 的 研 制 水

平 相 对 落 后 ，无 法 连 续 、稳 定 制 备 金 属 非 晶 丝 ，导 致 我 国 金 属 非 晶

丝 和 巨 磁 阻 抗 磁 敏 传 感 器 的 研 制 受 到 极 大 的 限 制 ，相 关 非 晶 丝 制 备

工 艺 和 制 造 装 备 的 研 发 亟 待 突 破 。项 目 承 担 人 研 制 出 一 套 具 有 我 国

自 主 知 识 产 权 的 高 效 、可 靠 、先 进 的 非 晶 丝 连 续 制 造 装 备 。该 研 制

计 划 获 中 科 院 科 研 装 备 研 制 计 划 项 目 “ 金 属 非 晶 丝 制 造 装 备 ”（ 项

目 编 号 ： Y 2 0 1 0 0 1 0 ） 支 持 。 图 1 9 ， 2 0 ， 2 1 和 2 2 分 别 为 金 属 非 晶

丝 制 造 装 备 ，金 属 非 晶 丝 制 造 装 备 腔 体 结 构 设 计 图 与 实 物 照 片 ，水

冷 、磁 流 体 密 封 的 三 刃 辊 轮 结 构 设 计 图 与 实 物 照 片 及 非 晶 丝 材 实 物

照 片 。

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图 19、金属非晶丝制备装备

图 20、金属非晶丝制备装备腔体结构设计图与实物照片

图 21、水冷、磁流体密封的三刃辊轮结构设计图与实物照片

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图 22、非晶丝材实物照片 （ 5 ） 零 磁 致 伸 缩 C o 基 块 体 非 晶 合 金 和 巨 磁 阻 抗 效 应 研 究 近 零 磁 致 伸 缩 C o 基 非 晶 合 金 丝 因 其 高 巨 磁 阻 抗 效 应 （ G i a n t

M a g n e t o - i m p e d a n c e , G M I ） 的 特 性 ， 而 在 高 灵 敏 磁 传 感 器 领 域 显 示

出 极 大 的 应 用 前 景 。但 已 有 C o 基 非 晶 合 金 因 其 非 晶 形 成 能 力 不 高 ，

导 致 相 应 非 晶 合 金 丝 制 备 困 难 。 因 此 ， 在 保 证 “ 近 零 磁 致 伸 缩 ” 的

前 提 条 件 下 ，如 何 提 高 非 晶 形 成 能 力 成 为 解 决 问 题 的 关 键 。项 目 承

担 人 在 已 有 C o F e S i B 非 晶 合 金 的 基 础 上 ， 在 不 改 变 C o ， F e 含 量 比

例 的 基 础 上 （ 否 则 将 会 引 起 磁 致 伸 缩 的 增 大 ， 从 而 导 致 G M I 效 应

的 下 降 ）， 通 过 添 加 N b 元 素 并 调 整 S i ， B 含 量 ， 提 高 了 该 C o 基 非

晶 合 金 系 的 非 晶 形 成 能 力 ， 从 而 非 常 容 易 地 制 备 出 阻 抗 比 达 2 5 0 %的 C o 基 非 晶 合 金 丝 。

首 先 ， 研 发 了 近 零 磁 致 伸 缩 ( C o 0 . 9 4 2 F e 0 . 0 5 8 ) 7 2 - x N b x B 2 2 . 4 S i 5 . 6 ( x = 3 – 6 ) 系 块 体 非 晶 合 金 ，详 细 研 究 了 N b 含 量 对 合 金 系 过 冷 液 相 区

和 熔 点 的 影 响 ， 同 时 对 这 些 非 晶 条 带 进 行 了 一 系 列 性 能 研 究 和 测

试 。非 晶 合 金 的 矫 顽 力 为 0 . 2 − 0 . 5 A / m，饱 和 磁 化 强 度 约 为 0 . 2 6 − 0 . 6 0 T ，约 化 玻 璃 转 变 温 度 为 0 . 6 左 右 ，过 冷 液 相 区（ ∆ T x ）为 4 4 − 4 6 K 。

( C o 0 . 9 4 2 F e 0 . 0 5 8 ) 7 2 - x N b x B 2 2 . 4 S i 5 . 6 具 有 较 大 的 非 晶 形 成 能 力 ， 制

备 了 直 径 为 2 m m（ x = 3 ）， 3 m m（ x = 4 ）， 4 m m（ x = 5 ）， 3 . 5 m m（ x = 6 ）

的 非 晶 棒 材 。 图 2 3 分 别 为 不 同 直 径 棒 材 的 X R D 图 谱 。 可 以 看 出 ，

X R D 图 谱 表 明 棒 材 均 为 非 晶 态 结 构 。 由 此 可 知 ， 当 N b 含 量 为 5 %时 可 以 制 备 出 直 径 为 4 m m 的 非 晶 棒 材 。 当 N b 含 量 为 5 a t % 时 ， 该

合 金 逼 近 共 晶 点 ，且 保 持 较 宽 的 过 冷 液 体 区 间 和 较 大 的 约 化 玻 璃 转

变 温 度 。 经 铜 模 铸 造 后 ， 成 功 制 备 出 直 径 为 4 m m 的 钴 基 块 体 非 晶

合 金 ， 且 最 小 矫 顽 力 为 0 . 2 A / m。 在 此 基 础 上 进 一 步 优 化 合 金 成 分 ， 制 备 了 临 界 尺 寸 达 到 5 m m

的 C o 4 6 F e 1 9 + x B 2 2 . 5 S i 5 . 5 N b 7 - x 块 体 非 晶 合 金 ，并 对 合 金 的 热 学 性 能 和

磁 学 性 能 进 行 了 详 细 研 究 。 同 时 ， 这 些 合 金 的 矫 顽 力 为

1 . 3 4 − 2 . 1 4 A / m， 饱 和 磁 化 强 度 约 为 0 . 5 3 − 0 . 7 0 T ， 约 化 玻 璃 转 变 温

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度 为 0 . 6 4 左 右 ， 过 冷 液 相 区 （ ∆ T x ） 为 5 4 − 5 7 K。

图 23、块体非晶(Co0.942Fe0.058)72-xNbxB22.4Si5.6(x=3−6)合金系列 XRD 图谱

以 C o F e N i B S i N b 系 合 金 为 研 究 对 象 ， 通 过 优 化 合 金 成 分 ， 制

备 出 直 径 达 到 6 m m 的 钴 基 块 体 非 晶 合 金 ，研 究 了 合 金 的 软 磁 性 能 。

图 2 4 为 该 合 金 系 的 非 晶 棒 材 临 界 尺 寸 随 成 分 的 变 化 关 系 ，在 富 N i区 ， 只 能 制 备 出 直 径 为 1 m m 的 非 晶 棒 材 ， 随 着 F e 和 C o 含 量 的 增

加 ，非 晶 棒 材 临 界 尺 寸 增 加 ，在 x = 0 . 3 − 0 . 4 ， y = 0 . 1 成 分 范 围 内 ，可

以 制 备 出 临 界 尺 寸 为 5 m m 的 非 晶 棒 材 ， 成 分 为

( C o 0 . 5 4 F e 0 . 3 6 N i 0 . 1 ) 6 8 B S i N b 的 合 金 ， 临 界 尺 寸 达 到 了 6 m m。 图 2 5为 有 效 磁 导 率 ( μ e ) 与 成 分 的 关 系 ， 在 富 C o 区 ， 有 效 磁 导 率 最 大 ，

达 到 3 5 0 0 0 .

\

图 24、该合金系的非晶棒材临界尺寸随成分的变化关系

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图 25、有效磁导率(μe)与成分的关系

图 26、不同驱动电流频率下，Co 基非晶丝 GMI 变化率随磁场的变化曲线

在 课 题 组 前 期 C o 基 大 块 非 晶 合 金 的 研 究 基 础 上 ， 采 用 合 金 成

分 ( C o 0 . 7 0 5 F e 0 . 0 4 5 B 0 . 2 0 S i 0 . 0 5 ) 9 6 N b 4 ，通 过 玻 璃 包 覆 纺 丝 法 和 熔 融 抽 拉

法 制 备 了 一 系 列 不 同 直 径 的 C o 基 非 晶 丝 。 研 究 表 明 这 些 非 晶 丝 具

有 良 好 的 软 磁 性 能 ， 其 中 矫 顽 力 H c ≤ 2 A / m， 同 时 具 有 较 高 的 巨 磁

阻 抗 ( G M I )效 应 变 化 率 （ ~ 2 0 0 % ， 如 图 3 3 所 示 ）。 相 关 研 究 结 果 发

表 在 J . A p p l . P h y s . 1 0 7 ( 2 0 1 0 ) , 0 9 A 3 1 9 ， 及 S c i . C h i n a S e r G - P h y s . M e c h . A s t r o n . ( d o i : 1 0 . 1 0 0 7 / s 1 1 4 3 3 - 0 1 2 - 4 9 3 9 - 7 )上 。申 请 国 家 发 明

专 利 4 项 ， 均 已 获 授 权 （ 发 明 专 利 1 、 2 、 3 、 5 ）。 以 此 研 究 结 果 为

基 础 ， 相 继 申 请 到 中 科 院 装 备 研 制 计 划 项 目 “ 金 属 非 晶 丝 制 造 装

备 ”、 浙 江 省 公 益 性 技 术 应 用 研 究 计 划 项 目 “ 零 磁 致 伸 缩 钴 基 非 晶

丝 制 备 及 G M I 磁 致 传 感 器 研 制 ”、及 南 车 时 代 传 感 技 术 有 限 公 司 合

作 项 目“ 开 、闭 环 电 流 传 感 器 用 磁 路 分 析 仿 真 模 型 及 铁 芯 热 处 理 工

艺 研 究 ” 等 纵 横 向 科 研 项 目 的 资 助 。

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（ 6 ） 优 异 磁 制 冷 性 能 G d 基 非 晶 合 金 的 研 制

传 统 压 缩 制 冷 技 术 广 泛 应 用 于 各 行 各 业 ， 形 成 了 庞 大 的 产 业 ，

但 它 存 在 两 个 现 实 的 问 题 ： 一 是 制 冷 效 率 低 ， 卡 诺 循 环 效 率 仅 为

3 0 % ， 二 是 含 氟 制 冷 剂 的 使 用 会 导 致 大 气 臭 氧 层 的 破 坏 。 在 能 源 日

益 紧 张 的 今 天 ， 现 在 普 遍 关 心 的 是 节 能 和 环 保 ， 因 此 ， 寻 求 新 的 、

高 效 、无 污 染 的 制 冷 方 式 ，成 为 当 今 世 界 迫 切 需 要 解 决 的 问 题 。解

决 的 方 法 是 或 者 研 究 开 发 无 氟 制 冷 剂 ，或 者 找 到 新 的 制 冷 技 术 。最

新 发 展 起 来 的 高 效 节 能 的 磁 制 冷 技 术 具 有 高 效 节 能（ 卡 诺 循 环 效 率

为 6 0 % ）、 无 污 染 、 低 噪 音 、 体 积 小 、 易 维 护 和 寿 命 长 等 独 特 性 能 ，

被 认 为 在 冰 箱 、空 调 以 及 超 市 食 品 冷 冻 系 统 等 一 系 列 的 领 域 具 有 广

阔 的 应 用 前 景 。作 为 磁 致 冷 技 术 的 关 键 部 分 ，性 能 优 良 的 磁 致 冷 材

料 是 整 个 系 统 的 核 心 部 分 。 项 目 承 担 人 通 过 对 G d 5 5 N i x A l 4 5 - x

（ x = 3 0 , 2 5 , 2 0 , 1 5 ） 非 晶 的 N i 、 A l 成 分 配 比 对 其 磁 性 的 影 响 的 研 究

表 明 ，随 N i / A l 比 值 的 降 低 ，体 系 从 铁 磁 性 行 为 逐 渐 转 变 为 自 旋 玻

璃 行 为 （ 图 2 7 ）。 此 外 ， 在 铁 磁 性 自 旋 玻 璃 温 度 附 近 也 获 得 优 异 的

磁 制 冷 性 能 ： 在 5 T 磁 场 下 ， 磁 熵 变 为 9 . 2 5 J k g - 1 K - 1 ， 绝 热 温 变 为

4 . 3 K（ 图 2 8 ），冷 冻 效 率 R C P 为 8 5 1 J k g - 1 。该 工 作 发 表 在 A p p l . P h y s . L e t t . 1 0 1 ( 2 0 1 2 ) , 0 3 2 4 0 5 上 ， 申 请 了 中 国 发 明 专 利 （ 发 明 专 利 1 3 ）

该 工 作 为 深 入 研 究 自 旋 玻 璃 的 起 源 ，特 别 是 在 所 含 元 素 都 具 有 较 小

的 磁 晶 各 向 异 性 或 不 具 有 磁 晶 各 向 异 性 的 非 晶 体 系 中 出 现 的 自 旋

玻 璃 行 为 的 研 究 提 供 了 一 个 极 好 的 样 本 ，同 时 也 为 研 究 非 晶 合 金 磁

致 冷 性 能 及 其 在 低 温 区 的 应 用 起 到 了 良 好 的 推 动 作 用 。

图 27、GdNiAl 非晶合金的热磁曲线及交流磁化率随频率的变化曲线

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图 28、GdNiAl 非晶合金的磁熵变随温度变化曲线

4 . 研 究 人 员 的 合 作 与 分 工 目 前 ， 课 题 组 在 岗 工 作 人 员 共 六 人 ， 项 目 负 责 人 入 选 第 二 批

浙 江 省 “ 千 人 计 划 ”（ 2 0 1 0 年 ）， 及 第 八 批 国 家 “ 千 人 计 划 ”（ 2 0 1 2年 ）。 职 称 和 工 作 内 容 如 下 表 所 示 ：

项 目 执 行 期 间 有 2 名 博 士 后 因 在 站 期 满 ， 正 常 出 站 退 出 研 究

团 队 ， 他 们 分 别 是 宁 伟 （ 研 究 方 向 ： 钴 基 非 晶 和 传 感 技 术 研 究 ） 和

门 贺 （ 研 究 方 向 ： 高 饱 和 磁 化 强 度 铁 基 纳 米 晶 ）。

四 、 学 术 交 流 和 人 才 培 养 1 . 学 术 交 流

参 加 国 内 外 非 晶 纳 米 晶 相 关 学 术 会 议 1 0 余 次 ， 在 国 际 学 术 会

议 上 作 邀 请 报 告 7 次 （ 如 下 ）。 博 士 研 究 生 参 加 国 外 学 术 交 流 会 并

姓名 单位 职称 主要工作内容

沈宝龙 中科院宁波材料所 （现

东南大学材料学院） 教授 项目组长

常春涛 中科院宁波材料所 副研究员 铁基非晶纳米晶研究

满其奎 中科院宁波材料所 助理研究员 钴基非晶及传感技术研究

赵远云 中科院宁波材料所 助理研究员 非晶合金力学性能研究

霍军涛 中科院宁波材料所 助理研究员 钴基非晶及传感技术研究

贺爱娜 中科院宁波材料所 工程师 非晶合金应用技术研究

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作 报 告 1 3 人 次 ，硕 士 研 究 生 参 加 国 外 学 术 交 流 会 并 作 报 告 1 人 次 。

1. CoFe-based Bulk Glassy Alloys with High Glass-forming Ability and Excellent Soft-magnetic Properties (invited talk) B.L. Shen 16th International Symposium on Metastable, Amorphous and Nanostructured Materials (ISMANAM 2009), July 5-9, 2009, Beijing, China.

2. Fe-based Nanocrystalline Soft-magnetic Alloys with Low Core Loss and High Curie

Temperature (invited talk) B.L. Shen 20th International Offshore and Polar Engineering Conference (ISOPE 2010), “Second Symposium of Nanomaterials for Structural Applications”, June 20-26, 2010, Beijing, China.

3. Fe- and Co-based Amorphous / Nanocrystalline Soft-magnetic Materials

B.L. Shen (invited talk) International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS 2010), Dec. 5-8, Jeju, Korea.

4. Developments of Fe Family Bulk Glassy Alloys with Outstanding Mechanical and

Soft-magnetic Properties (invited talk) B.L. Shen Pioneering Symposium: Amorphous Metal – A New Material of Dreams, 2011 Korean Physical Society General Meeting, April 13-15, 2011, Daejeon, Korea.

5. Fe-based Bulk Glassy Alloys with High Glass-forming Ability and Large Magnetostriction (invited talk) B.L. Shen International Conference on Processing and Manufacturing of Advanced Materials (THERMEC’ 2011), Aug. 1-5, 2011, Quebec, Canada.

6. Effect of Mo Addition on Glass-forming Ability, Soft-magnetic and Mechanical Properties of

Fe- and Co-based Bulk Glassy Alloys (highlight lecture) B.L. Shen European Congress and Exhibition on Advanced Materials and Processes (EUROMAT 2011), Sept. 12-15, 2011, Montpellier, France.

7. Developments and Properties of Ferromagnetic Fe- and Gd-based Bulk Metallic Glasses

(invited talk) B.L. Shen 2nd Sino-German Workshop on Structure and Dynamics of Bulk Metallic Glasses, Nov. 5-9, 2012, Cologne, Germany.

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2 . 研 究 生 培 养 培 养 博 士 研 究 生 1 0 人 ， 已 毕 业 7 人 ， 硕 士 研 究 生 7 人 ， 已 毕

业 5 人 。

五 、 存 在 的 问 题 、 建 议 及 其 他 项 目 承 担 人 是 在 全 职 回 国 工 作 的 当 年 获 得 资 助 ，因 此 在 本 项 目

的 实 施 过 程 中 ，基 本 上 是 边 进 行 团 队 及 实 验 室 建 设 ，边 进 行 科 研 工

作 。前 两 年 基 本 上 是 团 队 及 条 件 建 设 ，真 正 开 始 科 研 工 作 并 出 成 果

是 在 中 期 检 查 以 后 ，在 课 题 组 全 体 员 工 的 努 力 下 ，顺 利 完 成 了 本 科

研 项 目 。 我 国 从 事 块 体 非 晶 合 金 研 究 的 课 题 组 不 少 ，但 基 本 上 集 中 在 微

姓名 学位 研究方向 论文题目 导师姓

名

答辩或

预计答

辩年月

付 英 硕士 铁基块体非晶 Fe 基块体非晶合金的制备及其软磁性能研究 沈宝龙 2010.01

孙怀君 博士 钴基块体非晶 新型钴基大块非晶合金的制备及性能研究 沈宝龙 2011.05

李 荨 硕士 稀土基块体非晶 稀土 Gd 基块体非晶合金及其磁热效应的研究 沈宝龙 2011.05

满其奎 博士 钴基块体非晶 超宽过冷液相区钴基块体金属玻璃的制备及性能研究 沈宝龙 2011.12

王安定 博士 铁基块体非晶 高性能 FeNi 基非晶软磁合金的开发及性能研究 沈宝龙 2012.05

孔凡利 博士 铁基纳米晶 高饱和磁感应强度纳米晶软磁合金的制备及性能研究 沈宝龙 2012.05

金云龙 硕士 铁基纳米晶 新型铁基纳米晶软磁材料制备与性能研究 沈宝龙 2012.05

袁 芳 硕士 稀土基非晶磁制冷 稀土 Gd 基非晶磁致冷合金的研究 沈宝龙 2012.05

赵成亮 硕士 钴基块体非晶 高强度铁钴基块体非晶合金的制备与性能研究 沈宝龙 2012.05

董亚强 博士 钴基块体非晶 强非晶形成能力钴基块体非晶合金的制备及性能研究 沈宝龙 2012.12

张建花 博士 铁基块体非晶 高饱和磁化强度 Fe 基块体非晶合金的制备、性能与机

理研究 沈宝龙 2012.12

张明晓 博士 铁基块体非晶 高非晶形成能力 Fe 基非晶软磁合金的制备及性能研究 沈宝龙 2012.12

黎嘉威 博士 铁基块体非晶 重稀土对铁基块体非晶形成能力和热稳定性影响研究 沈宝龙

李润伟 2013.05

杨卫明 博士 铁基块体非晶及机

理 铁基块体非晶软磁特性和形成机制研究

沈宝龙

李润伟 2013.05

陈双琴 硕士 钴基非晶及传感技

术 钴基非晶丝制备和巨磁阻抗效应研究

沈宝龙

李润伟 2013.05

薛 琳 硕士 铁基纳米晶 新型高饱和磁化强度铁基纳米晶研究 沈宝龙

李润伟 2014.05

强 健 硕士 钴基非晶及传感技

术 金属非晶丝磁电现象尺寸效应研究

沈宝龙

李润伟 2014.05

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观 结 构 及 力 学 性 能 研 究 方 面 。由 于 块 体 非 晶 合 金 的 脆 性 问 题 迟 迟 得

不 到 有 效 解 决 ，作 为 结 构 材 料 使 用 ，要 走 的 路 还 很 长 。在 可 预 见 的

未 来 ，非 晶 合 金 的 应 用 前 景 主 要 还 是 在 功 能 特 性 上 ，如 铁 磁 性 非 晶

合 金 的 磁 学 性 能 、具 有 大 过 冷 液 相 区 间 合 金 的 超 微 加 工 及 由 此 带 来

的 新 特 性 等 。因 此 ，建 议 基 金 委 多 多 支 持 应 用 前 景 较 强 的 铁 磁 性 块

体 非 晶 合 金 等 方 向 的 研 究 。

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附表1、基金项目研究成果目录

1、 Yuan, Fang、Du, Juan、*Shen, Baolong ，Controllable spin-glass behavior and large magnetocaloric effect inGd-Ni-Al bulk metallic glasses ，Applied Physics Letters, 101(3), 2012/7/16 ，SCI ，已标注        期刊论文

2、 Jiawei Li、He Men、*Baolong Shen ，Soft-ferromagnetic bulk glassy alloys with large magnetostriction andhigh glass-forming ability ，AIP ADVANCES, 1卷, 2011/10/12 ，SCI ，已标注        期刊论文

3、 Zhang, Mingxiao、Wang, Anding、*Shen, Baolong ，Enhancement of glass-forming ability of Fe-based bulkmetallic glasses with high saturation magnetic flux density ，AIP ADVANCES, 2(2), 2012/6 ，SCI ，已标注       期刊论文

4、 Sun, Huaijun、Man, Qikui、Dong, Yaqian、*Shen, Baolong、Kimura, Hisamichi、Makino, Akihiro、Inoue, Akihisa，Effects of B and Si contents on glass-forming ability and soft-magnetic properties in(Co0.89Fe0.057Nb0.053)(100-x)(B0.8Si0.2)x glassy alloys ，Journal of Applied Physics, 107(9), 2010/5/1,(ISTP,SCI, 影响因子=2.1680(2011), 引用次数=1) ，ISTP,SCI ，已标注        期刊论文

5、 Kong, Fanli、Wang, Anding、Fan, Xingdu、Men, He、*Shen, Baolong、Xie, Guoqiang、Makino, Akihiro、Inoue,Akihisa ，High B-s Fe84-xSi4B8P4Cux(x=0-1.5) nanocrystalline alloys with excellent magnetic softness，Journal of Applied Physics, 109(7), 2011/4/1, (SCI, 影响因子=2.1680(2011), 引用次数=3) ，SCI ，已标注       期刊论文

6、 Wang, A. D.、Man, Q. K.、Zhang, M. X.、Men, H.、*Shen, B. L.、Pang, S. J.、Zhang, T. ，Effect of B to Pconcentration ratio on glass-forming ability and soft-magnetic properties in[(Fe0.5Ni0.5)(0.78)B0.22-xPx](97)Nb-3 glassy alloys ，Intermetallics, 20(1), pp 93-97, 2012/1 ，SCI，已标注        期刊论文

7、 Fan, Jitang、Zhang, Zhefeng、Shen, Baolong、Mao, Scott X. ，Plastic deformation of a Co-based metallicglass composite with in situ precipitated dendritic phases ，Scripta Materialia, 59(6), pp 603-606, 2008/9,(SCI, 影响因子=2.6990(2011), 引用次数=5) ，SCI ，已标注        期刊论文

8、 Wu, Fu-Fa、Zhang, Zhe-Feng、Shen, Bao-Long、Mao, Scott Xing-Yuan、Eckert, Juergen ，Size effect on shearfracture and fragmentation of a Fe57.6Co14.4B19.2Si4.8Nb4 bulk metallic glass ，Advanced EngineeringMaterials, 10(8), pp 727-730, 2008/8, (SCI, 影响因子=1.1850(2011), 引用次数=11) ，SCI ，已标注        期刊论文

9、 Fan, J. T.、Zhang, Z. F.、Mao, S. X.、Shen, B. L.、Inoue, A. ，Nanocrystallization induced by quasi-staticfracture of metallic glasses at room temperature ，Philosophical Magazine Letters, 88(11), pp 837-843,2008, (SCI, 影响因子=1.2410(2011), 引用次数=3) ，SCI ，已标注        期刊论文

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10、Fan, J. T.、Zhang, Z. F.、Mao, S. X.、Shen, B. L.、Inoue, A. ，Deformation and fracture behaviors ofCo-based metallic glass and its composite with dendrites ，Intermetallics, 17(6), pp 445-452, 2009/6, (SCI,影响因子=1.6490(2011), 引用次数=5) ，SCI ，已标注        期刊论文

11、Zhao, J. X.、Qu, R. T.、Wu, F. F.、Zhang, Z. F.、Shen, B. L.、Stoica, M.、Eckert, J. ，Fracture mechanismof some brittle metallic glasses ，Journal of Applied Physics, 105(10), pp 1-6, 2009/5/15, (SCI,影响因子=2.1680(2011), 引用次数=9) ，SCI ，已标注        期刊论文

12、Fan, J. T.、Zhang, Z. F.、Mao, S. X.、Shen, B. L.、Eckert, J. ，Serrated flow behavior induced by bluntmechanism of shear crack propagation in metallic glass ，Journal of Materials Research, 24(2), pp 436-440,2009/2 ，SCI ，已标注        期刊论文

13、Dong, B. S.、Zhou, S. X.、Hu, M. J.、Chen, W. Z.、Shen, B. L. ，The influence of Al content on glassforming ability and magnetic properties of high M-s nanocrystalline FeSiBPCuAl alloy ，Materials Letters,64(6), pp 736-738, 2010/3/31, (SCI, 影响因子=2.3070(2011), 引用次数=2) ，SCI ，已标注        期刊论文

14、Fu, Ying、*Shen, Baolong、Kimura, Hisamichi、Makino, Akihiro、Inoue, Akihisa ，Enhanced glass-formingability of FeCoBSiNb bulk glassy alloys prepared using commercial raw materials through the optimization ofNb content ，Journal of Applied Physics, 107(9), 2010/5/1, (ISTP,SCI, 影响因子=2.1680(2011), 引用次数=2)，ISTP,SCI ，已标注        期刊论文

15、Cui, J. W.、Qu, R. T.、Wu, F. F.、Zhang, Z. F.、Shen, B. L.、Stoica, M.、Eckert, J. ，Shear band evolutionduring large plastic deformation of brittle and ductile metallic glasses ，Philosophical Magazine Letters,90(8), pp 573-579, 2010, (SCI, 影响因子=1.2410(2011), 引用次数=1) ，SCI ，已标注        期刊论文

16、Dong BangShao、Zhou ShaoXiong、Hu MingJun、Kong FanLi、Chen WenZhi、Shen BaoLong ，Magnetic properties andcrystallization behavior of nanocrystalline FeSiBPCuAl alloys ，Science in China - Series E: TechnologicalSciences, 53(6), pp 1590-1593, 2010/6 ，SCI ，已标注        期刊论文

17、Man, Qikui、Sun, Huaijun、Dong, Yaqiang、*Shen, Baolong、Kimura, Hisamichi、Makino, Akihoro、Inoue, Akihisa，Enhancement of glass-forming ability of CoFeBSiNb bulk glassy alloys with excellent soft-magneticproperties and superhigh strength ，Intermetallics, 18(10), pp 1876-1879, 2010/10, (ISTP,SCI,影响因子=1.6490(2011), 引用次数=4) ，ISTP,SCI ，已标注        期刊论文

18、Sun, Huaijun、Man, Qikui、Dong, Yaqiang、*Shen, Baolong、Kimura, Hisamichi、Makino, Akihiro、Inoue, Akihisa，Effect of Nb addition on the glass-forming ability, mechanical and soft-magnetic properties in(Co(0.942)Fe(0.058))(72-x)Nb(x)B(22.4)Si(5.6) bulk glassy alloys ，Journal of Alloys and Compounds, 504卷,pp S31-S33, 2010/8, (ISTP,SCI, 影响因子=2.2890(2011), 引用次数=3) ，ISTP,SCI ，已标注        期刊论文

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19、Man, Qikui、Sun, Huaijun、Dong, Yaqiang、*Shen, Baolong、Kimura, Hisamichi、Makino, Akihoro、Inoue, Akihisa，Glass-forming ability and magnetic properties of CoFeMoYB bulk glassy alloys with large supercooledliquid region ，Journal of Alloys and Compounds, 504卷, pp S132-S134, 2010/8 ，ISTP,SCI ，已标注        期刊论文

20、Fan, Xingdu、Ma, Aibin、Men, He、Xie, Guoqiang、*Shen, Baolong、Makino, Akihiro、Inoue, Akihisa ，Fe-basednanocrystalline FeBCCu soft magnetic alloys with high magnetic flux density ，Journal of Applied Physics,109(7), 2011/4/1, (SCI, 影响因子=2.1680(2011), 引用次数=1) ，SCI ，已标注        期刊论文

21、Dong, Yaqiang、Man, Qikui、Sun, Huaijun、*Shen, Baolong、Pang, Shujie、Zhang, Tao、Makino, Akihoro、Inoue,Akihisa ，Glass-forming ability and soft magnetic properties of (Co0.6Fe0.3Ni0.1)(67)B22+xSi6-xNb5 bulkglassy alloys ，Journal of Alloys and Compounds, 509卷, pp S206-S209, 2011/6 ，SCI ，已标注        期刊论文

22、Kong, Fanli、*Shen, Baolong、Makino, Akihiro、Inoue, Akihisa ，Enhancement of soft magnetic properties ofFeCoNbB nanocrystalline alloys with Cu and Ni additions ，Thin Solid Films, 519(23), pp 8280-8282,2011/9/30 ，SCI ，已标注        期刊论文

23、Wang, A. D.、Men, H.、*Shen, B. L.、Xie, G. Q.、Makino, A.、Inoue, A. ，Effect of P on crystallizationbehavior and soft-magnetic properties of Fe83.3Si4Cu0.7B12-xPx nanocrystalline soft-magnetic alloys ，ThinSolid Films, 519(23), pp 8283-8286, 2011/9/30, (SCI, 影响因子=1.8900(2011), 引用次数=1) ，SCI ，已标注       期刊论文

24、Kong, Fanli、Men, He、*Shen, Baolong、Xie, Guoqiang ，Effects of Cu and P on Crystallization and MagneticProperties of FeSiB Alloy ，IEEE Transactions on Magnetics, 47(10), pp 3180-3183, 2011/10 ，SCI ，已标注       期刊论文

25、Li, Qian、*Shen, Baolong ，Glass-Forming Ability and Magnetocaloric Effect in Gd55Co20Al25-xSix BulkMetallic Glass ，IEEE Transactions on Magnetics, 47(10), pp 2490-2493, 2011/10 ，SCI ，已标注        期刊论文

26、Li Qian、Cai Pingping、*Shen Baolong、Akihiro, Makino、Akihisa, Inoue ，Large Glass-forming Ability andMagnetocaloric Effect in Gd55Co20Al23Si2 Bulk Metallic Glass ，Journal of Magnetics, 16(4), pp 440-443,2011/12 ，SCI ，已标注        期刊论文

27、Wang AnDing、Zhang MingXiao、Zhang JianHua、Men He、*Shen BaoLong、Pang ShuJie、Zhang Tao ，Effect of Niaddition on the glass-forming ability and soft-magnetic properties of FeNiBPNb metallic glasses ，ChineseScience Bulletin, 56(36), pp 3932-3936, 2011/12, (SCI, 影响因子=1.3210(2011), 引用次数=1) ，SCI ，已标注       期刊论文

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28、Dong, Yaqiang、Wang, Anding、Man, Qikui、*Shen, Baolong ，(Co1-xFex)(68)B21.9Si5.1Nb5 bulk glassy alloyswith high glass-forming ability, excellent soft-magnetic properties and superhigh fracture strength，Intermetallics, 23卷, pp 63-67, 2012/4 ，SCI ，已标注        期刊论文

29、Kong, Fanli、Men, He、Liu, Tiancheng、*Shen, Baolong ，Effect of P to B concentration ratio on softmagnetic properties in FeSiBPCu nanocrystalline alloys ，Journal of Applied Physics, 111(7), 2012/4/1 ，SCI，已标注        期刊论文

30、Zhang, Mingxiao、Kong, Fanli、Wang, Anding、Chang, Chuntao、*Shen, Baolong ，Soft magnetic properties ofbulk FeCoMoPCBSi glassy core prepared by copper mold casting ，Journal of Applied Physics, 111(7), 2012/4/1，SCI ，已标注        期刊论文

31、Yuan, Fang、Li, Qian、*Shen, Baolong ，The effect of Fe/Al ratio on the thermal stability andmagnetocaloric effect of Gd55FexAl45-x (x=15-35) glassy ribbons ，Journal of Applied Physics, 111(7),2012/4/1 ，SCI ，已标注        期刊论文

32、Kong, F. L.、Men, H.、Zhang, M. X.、Liu, T. C.、Xie, G. Q.、*Shen, B. L. ，Effect of Cu additions on themagnetic properties and microstructure of FeCoNbB nanocrystalline alloy ，Applied Physics A-MaterialsScience & Processing, 108(1), pp 211-215, 2012/7 ，SCI ，已标注        期刊论文

33、*Sun, H. J.、Li, L.、Fang, Y. Z.、Si, J. X.、Shen, B. L. ，Bulk glassy(Fe0.474Co0.474Nb0.052)(100-x)(B0.8Si0.2)(x) alloys prepared using commercial raw materials ，Journal ofNon-Crystalline Solids, 358(5), pp 911-914, 2012/3/1 ，SCI ，已标注        期刊论文

34、Wang, Anding、Zhang, Mingxiao、Zhang, Jianhua、Men, He、*Shen, Baolong、Pang, Shujie、Zhang, Tao ，FeNiPBNbbulk glassy alloys with good soft-magnetic properties ，Journal of Alloys and Compounds, 536卷, pp 354-358,2012/9/25 ，SCI ，已标注        期刊论文

35、Fan XingDu、Men He、Ma AiBin、*Shen BaoLong ，The influence of Si substitution on soft magnetic propertiesand crystallization behavior in Fe83B10C6-xSixCu1 alloy system ，Science in China - Series E: TechnologicalSciences, 55(9), pp 2416-2419, 2012/9 ，SCI ，已标注        期刊论文

36、JIN YunLong、FAN XingDu、MEN He、LIU XinCai、*SHEN BaoLong ，FePCCu nanocrystalline alloys with excellentsoft magnetic properties ，Science in China - Series E: Technological Sciences, 55卷, 2012/3/12 ，SCI，已标注        期刊论文

37、Zhang, Jianhua、Chang, Chuntao、Wang, Anding、*Shen, Baolong ，Development of quaternary Fe-based bulkmetallic glasses with high saturation magnetization above 1.6 T ，Journal of Non-Crystalline Solids,358(12-13), pp 1443-1446, 2012/7/1 ，SCI ，已标注        期刊论文

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NSFC-REPORT-2012

38、Kazutaka Fujita、Wei Zhang、Baolong Shen、Kenji Amiya、Chaoli L. Ma、Nobuyuki Nishiyama ，Fatigueproperties in high strength bulk metallic glasses ，Intermetallics, 30卷, pp 12-18, 2012/11/30 ，SCI，已标注        期刊论文

39、Chaochao Dun、Haishun Liu、*Baolong Shen ，Enhancement of plasticity in Co–Nb–B ternary bulkmetallic glasses with ultrahigh strength ，Journal of Non-Crystalline Solids, 358卷, pp 3060-3064,2012/10/5 ，SCI ，已标注        期刊论文

40、Fan, X. D.、Men, H.、Ma, A. B.、*Shen, B. L. ，Soft magnetic properties in Fe84-xB10C6Cux nanocrystallinealloys ，Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 326卷, pp 22-27, 2013/1 ，SCI,EI ，已标注        期刊论文

41、Zhao, Chengliang、Dun, Chaochao、Man, Qikui、*Shen, Baolong ，Enhancement of plastic deformation in FeCoNbBbulk metallic glass with superhigh strength ，Intermetallics, 32卷, pp 408-412, 2013 ，EI ，已标注        期刊论文

42、Zhang, Jianhua、*Shen, Baolong、Zhang, Zhidong ，Crystallization behaviors of FeSiBPMo bulk metallicglasses ，Journal of Non-Crystalline Solids, 360(1), pp 31-35, 2013 ，EI ，已标注        期刊论文

43、Yang, Weiming、Liu, Haishun、Dun, Chaochao、Li, Jiawei、Zhao, Yucheng、*Shen, Baolong ，Nearly freeelectron model to glass-forming ability of multi-component metallic glasses ，Journal of Non-CrystallineSolids, 361(1), pp 82-85, 2013 ，EI ，已标注        期刊论文

44、Chen ShuangQin、Man QiKui、Dun ChaoChao、*Shen BaoLong ，Giant magnetoimpedance effect instress-joule-heated Co-based amorphous ribbons ，Science China: Physics, Mechanics and Astronomy, 55(12),pp 2372-2377, 2012/12 ，SCI ，已标注        期刊论文

45、Y.Q. Dong、S.Q. Chen、Q.K. Man、*B.L. Shen ，Effect of Nb Addition on the Glass-forming Ability,Soft-magnetic Properties and Mechanical Properties of CoFeNiBSiNb Bulk Glassy Alloys ，Mater. Sci. Forum，EI ，已标注        期刊论文

46、沈宝龙、孙怀君、满其奎 ，钴基块体非晶合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN200910096940.4 ，已标注        专利

47、沈宝龙、满其奎、孙怀君、董亚强 ，钴基大块非晶合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN200910098065.3 ，已标注        专利

48、沈宝龙、宁伟、蔡平平 ，钴基非晶合金丝及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局, CN200910153905.1，已标注        专利

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国家自然科学基金资助项目结题报告

NSFC-REPORT-2012

49、沈宝龙、黎嘉威、胡明俊、门贺 ，大非晶形成能力铁基块体非晶磁性合金材料及制备方法 ，中国,中华人民共和国国家知识产权局, CN201010260501.5 ，已标注        专利

50、沈宝龙、宁伟、蔡平平、乔文 ，一种钴基非晶合金丝的制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN201010273992.7 ，已标注        专利

51、沈宝龙、付英、姚乐毅 ，一种铁基大块非晶软磁合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN200910153298.9 ，已标注        专利

52、沈宝龙、孔凡利、王安定、苏海林 ，高饱和磁化强度铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法 ，中国,中华人民共和国国家知识产权局, CN200910096600.1 ，已标注        专利

53、沈宝龙、孔凡利、张明晓 ，铁钴基纳米晶软磁合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN201010176204.2 ，已标注        专利

54、沈宝龙、范星都 ，高饱和磁感应强度低成本铁基纳米晶软磁合金 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN201110282189.4 ，已标注        专利

55、沈宝龙、张建华 ，兼具高非晶形成能力和优异磁性能的Fe基块体非晶合金及其制备方法 ，中国,中华人民共和国国家知识产权局, CN201110238243.5 ，已标注        专利

56、沈宝龙、满其奎、董亚强 ，具有超大过冷区间的钴铁基块体金属玻璃及其制备方法 ，中国,中华人民共和国国家知识产权局, CN201110325421.8 ，已标注        专利

57、沈宝龙、金云龙、范星都 ，一种铁基纳米晶软磁合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN201110458377.8 ，已标注        专利

58、沈宝龙、袁芳 ，兼具大非晶形成能力与高磁热效应的Gd基块体非晶合金及其制备方法 ，中国,中华人民共和国国家知识产权局, CN201210153896.8 ，已标注        专利

59、沈宝龙、赵成亮、满其奎 ，一种高强度大塑性块体非晶磁性合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家知识产权局,CN201210065426.6 ，已标注        专利

60、沈宝龙、董亚强、满其奎 ，高非晶形成能力的钴基块体非晶软磁合金及其制备方法 ，中国, 中华人民共和国国家产权局,201210312177.6 ，已标注        专利

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国家自然科学基金资助项目结题报告

NSFC-REPORT-2012

附表2、基金资助项目统计数据表 （本表是针对各种性质基金项目收集数据以便进行整体资助效果分析使用，并非要求每个项目都具有以下

各类成果，特别是成果推广栏目，主要针对重大项目或一些得到应用的项目，没有可空白不填。）

获奖（项）

国家级 省部级 国际学术奖 其他

自然科学奖 科技进步奖 发明奖 自然科学奖 科技进步奖

   一等 二等 一等 二等 一等 二等 一等 二等 一等 二等

                   

会议/论文/专著（篇）

会议报告 发表论文 专著

国际会议 全国性会议 发表论文数(已含录用) 四大检索系统收录情况 中文 外文

特邀报告

分组报告

特邀报告

分组报告

国际刊物

国内核心刊物

国内一般刊物

SCI EI ISTP ISR 已出版 待出版 已出版 待出版

7       45     41 5 5 0        

专利及其他

专利（项） 成果推广及经济效益 其他成果

国内 国外可推广项数 已推广项数

经济效益（万元）

软件/数据库

图表/图集

新仪器/新方法

鉴定及其他申请 授权 申请 授权

15 7                  

人才培养及学术交流

人才培养（人） 举办学术会议次数及参加人数

博士后 博士 硕士 中青年学术带头人 国际 国内 出国参加国际学术会议人数

在站 出站 在读 毕业 在读 毕业 40岁以下 40-50岁 次数 人数 次数 人数 次数 人数

3 2 2 7 3 5 5           25 10

注：此表统计数据必须与表2成果目录表和报告正文中的说明相一致。如有国际学术奖、软件、图集、组织国际会议等，具体内容须在报告正文中描述。

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国家自然科学基金资助项目结题报告

NSFC-REPORT-2012

完成情况综合评分（划√）

优 良 中 差

项目负责人签字及审核意见表

项目负责人承诺：

    我所承担的项目（编号：50825103  名称：高性能块体非晶纳米晶软磁合金）结题报告内容

填写实事求是，数据详实。在今后的研究工作中，如有与本项目相关的成果，将标注“国家自然

科学基金资助”，并报送国家自然基金委员会。

负责人（签章）：

日期：

项目依托单位科研管理部门审查意见：

经办人（签章）：          单位公章：

日期：

科学处审查意见：

  负责人（签章）：

  日期：

科学部核准意见（对重点，重大，国家杰出青年科学基金项目）：

负责人（签章）：

日期：

评估组或委领导意见（主要对后期评估和重点，重大，国家杰出青年基金等特殊项目）：

组长或委领导（签章）：

日期：

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国家自然科学基金资助项目结题报告

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国家自然科学基金资助项目经费决算表(金额单位:万元)

填报说明：    电子表格和书面材料所报送的决算情况必须保持一致。

项目（课题）名称 高性能块体非晶纳米晶软磁合金

项目（课题）负责人 沈宝龙 批准号 50825103

已拨入经费（总额） 200.0000

科　　　　目 预算经费 经费支出 说明

一.研究经费 150.0000 152.6400

1.科研业务费 85.0000 88.3200

(1)测试/计算/分析费 30.0000 41.2800 微观结构分析、物理及力学性能测试

(2)能源动力费 15.0000 13.5700 试样制备所需能源/动力费

(3)会议费/差旅费 15.0000 14.8000 项目成员参加学术会议、因课题出差

(4)出版物/文献/信息传播事务费

15.0000 7.9900 复印邮寄费、论文发表版面费、专利申请费

(5)其他 10.0000 10.6800 实验室场地用房费用等

2.实验室材料费 55.0000 56.8100

(1)原材料/试剂/药品购置费

40.0000 40.9800 实验用原材料、试剂等

(2)其他 15.0000 15.8300 保护气体、石英管、坩埚及其他辅助材料等

3.仪器设备费 5.0000 6.8500

(1)购置 5.0000 6.8500

(2)试制 0 0

4.实验室改装费 5.0000 0.6600 水、电、气管道的改装

5.协作费 0 0

二.国际合作与交流费 20.0000 17.4300

1.出境国际旅费 12.5000 12.2400 项目成员出国参加国际学术会议

2.境外合作人员来华生活费 7.5000 5.1900

3.在华举办学术会议费 0 0

4.其他 0 0

三.劳务费 20.0000 20.0000 直接参加项目研究的研究生、博士后人员的劳务费用

四.管理费 10.0000 9.9300 不得超过预算经费的5%

合　　　　计 200.0000 200.0000

已拨入经费结余 0

本项目其他经费来源 预算经费 经费支出

国家其他计划资助经费 0 0

其他经费资助(含部门匹配) 100.0000 100.0000

其他经费来源合计 100.0000 100.0000

项目负责人（签章）：     科研管理部门负责人（签章）：     财务负责人（签章）:

年    月    日 年    月    日 年    月    日

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国家自然科学基金资助项目结题报告

NSFC-REPORT-2012

附：经费使用说明表

填报说明：

a) 项目（课题）负责人需要对经费使用情况作一般说明；

b) 当预算经费与拨入经费不相等时，需要特别说明；

c) 当经费支出金额与经费预算金额相差较大时，需要着重说明。

测试/计算/分析费超支原因系样品数量增多，样品测试项目增加。

负责人（签章）

年   月   日

科研管理部门意见：

签    章

年   月   日

财务部门意见：

签    章

年   月   日

审计部门意见：

签    章

年   月   日