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中科院宁波材料所:在晶界调控提高钕铁硼热变形磁体磁性能研究方面取得进展

来源:中科院宁波材料所 日期:2020-04-21 加入收藏

 
  钕铁硼热变形磁体由于具有磁能密度高、稀土用量少、制备流程短、易于实现近终成型等优点,在变频家电、绿色交通、智能制造等领域具有广阔的市场前景,巨大的应用需求也反向推动了提高热变形磁体磁性能的研究。然而,热变形磁体内颗粒界面处存在的无取向粗晶区对剩磁和矫顽力都具有严重的负面影响。对此,中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁团队先后开发出添加纳米WC高熔点相和预扩散Pr-Cu低熔点相两种晶界调控方法,通过有效抑制界面粗晶区大幅提高了磁体的矫顽力,同时揭示了界面调控抑制粗晶区形成的机理。
  
  通过对比研究添加WC纳米颗粒前后热变形磁体的微观结构和反磁化过程,研究人员发现,未添加WC时,磁体内条带状快淬颗粒界面处存在低熔点富钕相的大量偏聚,热变形时液态的富钕相缓冲了作用于颗粒界面处晶粒的压应力,从而导致界面处晶粒发生随机长大形成无取向的粗晶区;而添加的WC高熔点相在热变形时仍然为“硬”的固态,并且分布于颗粒界面处(图1a),它能够在颗粒界面处产生局域压应力,从而引发附近的Nd2Fe14B晶粒发生(00l)晶面择优取向生长,进而在颗粒界面处形成片状纳米晶(图1b)。相比于无取向的微米粗晶粒,片状纳米晶取向良好且难以发生反向磁化,因而能够大幅提高热变形磁体的矫顽力,同时剩磁略有增长(图1c)。相关工作发表在Acta Materialia (2019, 167: 103-111)上。

  预扩散Pr-Cu低熔点相的方法能够解决传统晶界扩散时出现的Pr-Cu相在界面处偏聚严重的问题,使Pr-Cu在磁体内分布更加均匀,实现非磁性Pr-Cu相对Nd2Fe14B晶粒的包覆,从而有效减弱Nd2Fe14B晶粒间的磁耦合作用,提高磁体矫顽力(图2a);同时颗粒界面处均匀分布的Pr-Cu相能够更好地隔离晶粒,阻止晶粒间的融合生长,进而抑制界面处晶粒的过度长大和粗晶区的形成。相比未进行预扩散的磁体(图2b),界面粗大晶粒数量显著减少,粗晶区宽度也明显减小(图2c)。相关工作发表在Acta Materialia (2019, 174: 332-341)上。

  上述研究成果不仅丰富了热变形磁体的晶界调控理论,也有助于进一步推动提升热变形磁体性能的技术研发。相关工作得到了国家重点研发计划项目(2016YFB0700902)、国家自然科学基金(51671207)和浙江省基础公益研究计划项目(LGG18E010002、LGG19E010001)等的支持。

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图1 添加高熔点WC纳米颗粒抑制粗晶区形成的机理图及效果

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图2 预扩散Pr-Cu低熔点合金前后热变形磁体的矫顽力和微观结构照片
 
 
 

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