磁场作用下快速凝固法制备大块纳米晶永磁材料的研究

本项目在外磁场作用下采用铜模吹铸法等快速凝固方法制备NdFeB基大块纳米晶合金。研究磁场对快速凝固法制备的大块纳米晶永磁材料的凝固过程、微结构和磁性能的影响机理。分析磁场快速凝固条件下合金体系吉布斯自由能的变化，以及这种变化对凝固过程中组织结构演变过程的影响。在现有的传输理论模型的基础上，结合经典磁化理论，利用具体实验数据和数值计算方法，考察在磁场和快速凝固技术交互作用下合金的热量、动量以及质量的传输机制，特别是液固相结构转变过程中原子输运的物理机理。掌握外磁场引起的洛仑兹力和磁化力对液态金属流动的控制行为，探索其对合金熔体内的温度场、速度场和元素浓度场的影响，阐明合金磁场下凝固过程－显微组织结构－磁性能三者之间的内在联系和物理本质。本项目的实施有助于丰富磁场中材料快速凝固热力学和动力学的研究，完善磁场中合金的凝固机制理论，同时为制备大块各向异性复合纳米晶永磁材料提供新理念和新途径。

本项目开展了在外磁场下快速凝固法制备NdFeB基大块纳米晶合金的研究工作，从合金配方、制备工艺和理论计算三个方面，深入研究了外加磁场对快速凝固法制备的大块纳米晶永磁材料的凝固过程、显微组织和磁性能的影响机理。发现外加磁场可以细化晶粒，诱导硬磁相晶粒沿c轴取向排列，制备出了全致密的大块各向异性复合纳米晶永磁材料。在合金配方研究方面，通过改变稀土元素种类和含量（Nd、Dy、Pr、La、Gd等），同时添加不同耐火元素（Ti、Zr、Cr、Mo、Co等），认识了合金配方对材料快速凝固过程中晶粒形核和生长、磁性能、抗氧化性能和耐腐蚀性能的影响规律。在制备工艺研究方面，通过改变冷却速度、磁场强度、铜模形状、热处理温度和气氛等主要工艺参数，考察了外磁场作用下合金从熔融液态向晶化凝固态的组织结构演变过程，掌握了合金磁场下快速凝固对材料组织结构、晶粒大小、晶粒取向度和磁性能的影响规律。在理论计算研究方面，分析了磁场下快速凝固时合金熔体的传质和传热机理，以及外磁场引起的体系吉布斯自由能的变化，而且通过亚晶格热力学模型，辅以第一性原理总能计算，揭示了磁性稀土金属间化合物中元素的占位有序化行为。