永磁材料团簇结构与磁性能研究

以稀土永磁合金非晶带为研究对象，系统研究非晶原子团簇结构形成的热力学与动力学、非晶原子团簇结构、原子团簇对晶化过程的影响，研究原子团簇结构对纳米晶化过程、磁性能的影响，研究合金成份对纳米晶化过程及纳米晶粒尺寸的影响规律。进行纳米稀土永磁合金成分设计。利用实验研究和理论计算相结合的方法，从更微观的层次研究Nd(Dy)Fe(NbCu)B纳米晶永磁材料非晶快淬带中原子团簇的形成机理，研究非晶和亚稳相的原子结构、及其晶化规律，从而揭示元素原子团簇在非晶晶化过程中的作用规律，建立原子结构和纳米相形成间的关系，以及在晶化过程中的相变规律，实现对永磁材料最终组织结构和性能的控制。项目的开展对于从本质上搞清原子团簇对纳米晶的形成，对磁畴、矫顽力机制和交换耦合作用的影响，发展非晶形核与生长理论，并在该理论指导下制备出高磁性能纳米晶稀土永磁合金及其粉体。

纳米稀土复合永磁材料具有硬磁相的高磁晶各向异性场和软磁相的高饱和磁化强度而备受关注，而对于非晶合金的形成能力、晶化过程、非晶原子团簇结构形成的热力学和动力学等问题研究不多，特别是对原子团簇结构对纳米晶过程、磁性能的影响仍不太清楚。为此，通过对合金成分设计，优选了六类合金作为研究对象，研究了合金成分对原子团簇形成的热力学与动力学的影响，探索了非晶和亚稳相的原子结构、非晶形成能力及其相互关系；揭示了合金元素及原子团簇对纳米晶化的作用规律及其相变规律，发展非晶形核与生长理论；系统地研究了纳米晶化过程、合金成分、制备工艺对非晶形成能力、原子团簇结构、组织结构和磁性能的影响，实现对组织结构和磁性能的控制。研究成果如下：.(1) 优化设计合金成分，选择并制备六类永磁合金，分类优选添加合金元素。.(2) 使晶化过程从多步晶化转变为一步晶化或两步晶化；同时抑制了亚稳相Nd2Fe23B3、Nd1.1Fe4B4相的生成以及a-Fe的异常长大。.(3) 合金元素单独或者复合添加大大提高了非晶形成能力，联合添加改变了非等温晶化动力学机制。其中Dy、Ce、Co、Cu联合Zr或Nb或Ti元素的添加，晶化方式从界面控制的多晶型晶化转变为晶核生长受扩散控制的共晶型晶化。.(4) 揭示了有利于形成原子团簇的规律，原子团簇作为非晶厚带晶化过程的形核中心，有助于晶粒细化和组织均匀化，其磁性能明显高于未存在团簇的合金。.(5) 研究Nd(Pr)Fe(NbCuTi)B非晶快淬带中原子团簇的形成机理。从混合熵、计算模拟与中子衍射实验分别验证了合金元素择优占位，Ti容易进入Nd2Fe14B相，Nb只在高含量的时，进入Nd2Fe14B相。.(6) (Nd,Dy)12.3(Fe,Nb,Ti) 81.7B6单相纳米晶合金的矫顽力机制是介于形核机制与钉扎机制之间，矫顽力由非均匀钉扎效应决定。.(7) 研究了六类合金的纳米晶化过程、合金成分、制备工艺对非晶形成能力、原子团簇结构、组织结构和磁性能的影响。.本项目采用实验研究和理论计算相结合的方法研究了非晶厚带的晶化过程中组织结构、团簇结构与磁性能之间的关系，使其部分磁性能已与MQ磁粉相当。本项目的开展对于从本质上搞清原子团簇与纳米晶和磁性能的关系，发展非晶形核与生长理论，并在该理论指导下，低成本制备出高磁性能纳米晶稀土永磁合金具有重要意义。