硬磁性大块非晶合金晶化过程中铁磁交换耦合作用和畴壁钉扎作用的研究

The bulk amorphous alloys with hard magnetic behavior have attracted considerable attention due to the unique coercivity mechanism. On the basis of changes between magnetic exchange coupling effect and the role of strong pinning of domain walls, the coercivity mechanism of RE-Fe-(Co)-M(RE=Nd, Pr, M=Al, Si) bulk amorphous alloys will be investigated in this project. The composition, microstructure, size and distribution of nanocrystals embedded in the amorphous matrix will be explored by using high resolution transmission electron microscope and three dimentionalatom probe. Furthermore, the magnetic exchange coupling effect of as-cast samples and its changes during crystallization process will be investigated by analyzing the corresponding changes of exchange coupling curves and domain wall structures. The temperature dependence of the coercivity in as-cast samples and samples annealed at different temperatures will be studied. Also, the value of maximum pinning force will be calculated from key parameters of magnetic viscosity to better understand the effect of strong pinning of domain walls. The correlation of microstructure and magnetic properties will be explored to gain a deeper insight into the coercivity mechanism in RE-Fe-(Co)-M (RE=Nd, Pr, M=Al, Si) bulk amorphous alloys. This investigation will not only give a supplement to magnetic theory of amorphous alloys, but also have important meaning to trigger their applications.

硬磁性大块非晶合金的独特矫顽力机理引人关注，本项目将以RE-Fe-(Co)-M(RE=Nd, Pr, M=Al, Si)系大块非晶合金为研究对象，以合金在晶化过程中的铁磁交换耦合作用与畴壁钉扎作用的变化为切入点，研究这两种作用机制对合金矫顽力的贡献，分析该类合金的矫顽力机理。利用高分辨透射电镜和三维原子探针技术分析镶嵌在非晶基体上的纳米晶（或纳米团簇）的成分、结构、尺寸和分布的变化规律。通过分析磁交互作用曲线和磁畴结构的相应变化，研究铸态非晶合金及其在晶化过程中的铁磁交换耦合的作用机制。分析铸态非晶合金及其在晶化过程中矫顽力随温度的变化规律，利用磁粘滞行为的研究计算相应合金的钉扎力，研究合金的畴壁钉扎机制。建立合金的微观结构与宏观磁性能之间的实验和理论关系，进而阐明其矫顽力机理。该项目的研究不仅可以补充完善非晶磁学理论，而且对于该类合金最终走向实际应用有着重要的意义。

Nd基大块非晶合金室温下具有明显的硬磁性，其矫顽力机理与传统的永磁材料完全不同，而与合金中的铁磁交换耦合作用和畴壁钉扎作用密切相关。本项目系统地研究了该合金在晶化过程中的相组成、微观结构和磁畴结构的变化与铁磁交换耦合作用和畴壁钉扎作用的对应关系，阐明了其矫顽力机理，为制备新型永磁材料打下了良好的理论基础。本项目得到的重要结果有：.(1)通过研究不同冷却速率对于Nd基非晶合金的磁粘滞行为、铁磁交换耦合曲线和畴壁钉扎曲线的影响，结合微观结构的分析，发现了不同冷却速率下的Nd基非晶合金具有相同的矫顽力机理，即：该合金的矫顽力是来自于铁磁交换耦合和畴壁强钉扎作用的共同作用。.(2) 利用X-射线衍射(XRD)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)和原子探针层析技术(APT)分析了Nd基非晶合金的矫顽力机制中的铁磁交换耦合作用和畴壁钉扎作用的影响因素。结果表明：合金中纳米尺寸的Nd相可以作为钉扎的中心。合金中富Fe非晶相和富Nd非晶相的成分差异是畴壁强钉扎作用和铁磁交换耦合作用的主要影响因素，差异越大，两作用越强。但是，Nd相的形貌和尺寸(<30 nm)对于钉扎作用的影响不大。另外，非晶基体中的纳米晶的种类也会影响钉扎作用，种类越多，钉扎作用越强。.(3) 利用洛伦兹透射电镜和电子全息技术研究了Nd基大块非晶合金的磁畴结构，建立了合金的微观结构、磁畴结构与宏观磁性能之间的关系，进一步明确了该合金的矫顽力机理。.(4) 研究了快淬参数对稀土永磁合金的磁性能及微观结构的影响，提出了制备低成本、高性能的稀土永磁材料的途径。利用磁场退火可以进一步合金的剩磁和最大磁能积。.(5) 探索开发出同时具有较好磁性能和力学性能的新型高熵合金。研究了Ga和Sn元素对于FeCoNi(CuAl)合金的微观结构、磁性能及力学性能的影响，发现Ga和Sn元素可以调节FCC相和BCC相的体积百分含量，从而提高合金的磁性能。