直接铸造纳米晶稀土永磁及磁场和热变形诱导组织与磁各向异性

NdFeB永磁常规生产工艺复杂、铸造材料晶粒粗大；纳米复合材料难以获得各向异性；采用大块非晶晶化技术又存在合金非晶形成能力(GFA)低、临界尺寸小、无各向异性等缺陷。本项目拟采用快速凝固技术直接铸造高硬磁相含量的纳米晶REFe(Co,M)B磁体，通过磁场辅助铸造、磁场热处理和热变形改善NdFeB/Fe(+Fe3B)型纳米复合材料的显微组织并诱导和强化磁各向异性，从而简化工艺和提高性能。项目利用吸(喷)铸技术制备大尺寸纳米晶或非晶+纳米晶棒(管)材，研究铸造和热处理过程中磁场引入对组织和各向异性的影响；首次将热变形作为快速凝固磁体的后续工艺来增加尺寸、强化各向异性。探索材料成分、GFA、组织与永磁特性之间的关系；揭示磁场和热变形诱导纳米复合NdFeB材料组织和各向异性的物理机制；阐明磁场和热变形对纳米晶永磁组织演变和磁性交换作用的影响；发展全致密度各向异性小型永磁体的简单和低成本制备技术。

NdFeB永磁材料的常规制备方法存在一系列缺陷，包括烧结和粘结工艺复杂，铸造材料晶粒粗大，纳米复合材料难以获得各向异性。采用大块非晶晶化技术制备纳米晶NdFeB磁体存在合金非晶形成能力(GFA)低、临界尺寸小、无各向异性等缺点。本项目采用快速凝固技术直接铸造高硬磁相含量的NdFeAl和NdFeB型磁体，尝试通过磁场辅助铸造、磁场热处理和热变形改善NdFeB/Fe(+Fe3B)型纳米复合材料的显微组织并诱导和强化磁各向异性，从而简化工艺和提高性能。项目首先采用数值模拟、相场分析研究了合金玻璃形成能力的表征和预测，采用微磁学模拟研究了纳米复合NdFeB材料显微组织优化。在此基础上，利用吸(喷)铸技术制备了非晶NdFeAl、纳米晶NdFeB和微米晶和NdFeB棒材，通过成分和工艺优化，获得棒材最大尺寸达6mm，矫顽力大于1T。系统研究了温度梯度和辅助磁场对直接铸造合金磁性各向异性和显微组织的影响。发现温度梯度可以诱导磁各向异性，并且改善微观组织的均匀性，从而提高材料硬磁性能。利用自行设计的平行于铸造方向的辅助磁场进行直接铸造，发现沿铸造方向施加小于1T的静磁场并不能产生明显的磁性各向异性，但可以显著改善合金组织均匀性和细化晶粒，进而改善材料的矫顽力。首次将热变形作为快速凝固磁体的后续工艺，成功地获得了较强的磁性各向异性和大的磁能积。通过理论和实验研究，本项目系统探索了稀土永磁材料成分、GFA、、工艺、组织与永磁特性之间的关系，揭示了磁场和热变形诱导纳米复合NdFeB 材料组织和各向异性的物理机制，阐明了磁场和热变形对纳米晶永磁组织演变和磁性交换作用的影响。研究中还通过对磁体晶界相结构的深入研究，发现了新的微观结构，为NdFeB磁体新型组织设计提供了新的思路。此外，还研究了La、Ce等丰量稀土替代Nd对快速凝固纳米晶NdFeB和直接铸造NdFeB磁体的影响，获得了令人鼓舞的实验结果。本项目共计发表论文26篇，申请和授权专利5项。研究结果对发展全致密度各向异性小型永磁体的简单和低成本制备技术具有重要意义，达到了预期研究目标。