Nd-Fe-B非晶合金晶化过程中亚稳相形成的控制与磁性增强研究

In this project, Nd-lean amorphous Nd-Fe-B alloys are prepared by melt-spinning technique. By varying the temperature of alloy melt and employing severe plastic deformation (SPD), the formation and evolution of metastable phases and the microstructures of soft/hard-magnetic nanocrystals formed in thermal crystallization processes of amorphous Nd-Fe-B will be stdudied. The effect of the temperature of melt on the interfacial structure and chemistry of ?a-Fe/Nd2Fe14B nanocomposite magnets produced by annealing amorphous Nd-Fe-B will be investigated. We will study the relationships between the melt temperature - metastable phase formation and evolution as well as nanocrystalline microstructure - magnetic properties. The interfaces of ?a-Fe/Nd2Fe14B nanocomposite magnets yielded from the thermal crystallization of amorphous Nd-Fe-B will be tuned via SPD technique. Moreover, the processing-microstructure-property relationships will be studied. Furthermore, the interfaces of ?a-Fe/Nd2Fe14B nanocomposite magnets will be effectively tuned by a combination of varying the temperature of melt and SPD technique via controlling metastable phase formation. The effect of nanocrystalline interfaces on coercivity mechanism, domain-wall pining and magnetic properties will be studied in details. Finally, the preparation of high-performance ?a-Fe/Nd2Fe14B bulk nanocomposite magnets will be performed in the present project.

采用熔体快淬技术制备Nd-Fe-B贫Nd非晶合金。通过改变合金熔体温度和采用严重塑性变形技术来调控Nd-Fe-B非晶合金退火晶化过程中亚稳相的形成与演变、软/硬磁纳米晶的形成和微结构。探索熔体温度对快淬非晶合金晶化制备的a-Fe/Nd2Fe14B纳米晶复合永磁材料的界面结构与化学的影响。研究合金熔体温度－亚稳相形成与演变和纳米晶微结构－磁性能之间的关系。研究室温塑性变形对非晶合金晶化制备的纳米晶复合永磁材料的界面结构与化学的调控。研究塑性变形加工参数－亚稳相形成与演变和纳米晶微结构－磁性能之间的关系。将熔体温度的控制与室温塑性变形技术相结合，来调控非晶合金晶化过程中亚稳相的形成和演变行为，开展a-Fe/Nd2Fe14B纳米晶的界面结构与化学的调控研究。研究纳米晶的界面结构和化学对合金矫顽力机制、畴壁钉扎强度和磁性增强的影响。开展高性能a-Fe/Nd2Fe14B块体纳米晶复合永磁材料的研究。

以NdFeB为硬相构成的软、硬磁纳米复合永磁材料具有潜在高的磁能积，如何有效地控制NdFeB亚稳相的形成是这类材料发展面临的一个关键问题。本项目采用控制合金的熔化和凝固以及严重塑性变形途径，分别对Nd-Fe-B合金在凝固过程中和非晶退火过程中亚稳相的形成和演变进行了深入的研究，在此基础上建立了Nd-Fe-B合金亚稳相形成的控制技术，发展了高性能纳米复合永磁材料。. 通过控制Nd-Fe-B合金的熔化温度来调控熔体中团簇结构的形成，抑制了凝固过程中弱磁亚稳相的形成，并改变了软、硬磁相的生成顺序，成功地在三维材料中制备出a-Fe/Nd2Fe14B类壳/芯纳米结构。该结构使软相的晶粒尺寸（~10 nm）、分布（位于硬相纳米晶之间）和含量（~28%）得到了有效的控制，实现了矫顽力和饱和磁化强度的同时提高，获得了25 MGOe的磁能积，达到了该类各向同性磁体的理论极限；该磁能积为当前报道的各向同性磁体的最高值。. 在室温下通过对Nd-Fe-B非晶合金实施严重塑性变形，在不添加其它合金元素的条件下，通过对亚稳相的形成和分解的控制，实现了a-Fe/Nd2Fe14B界面结构和化学的调控，同时提高了材料的矫顽力和饱和磁化强度，突破了它们之间的倒置关系。选择NdFeB纳米晶为前驱物来抑制变形过程中亚稳相的形成，采用低温、高压变形技术制备出各向异性(FeCo+SmCo)/NdFeB块体纳米结构，获得了31 MGOe的磁能积，为当前报道的低稀土（软相 > 20 wt%）各向异性纳米复合永磁材料的最高值。. 提出了利用材料应变能各向异性来控制纳米晶取向生长的策略，并建立了高压热压缩变形技术。采用该技术在SmCo/FeCo体系中实现了硬磁纳米晶的取向生长，制备出块体各向异性SmCo/FeCo纳米复合磁体，在高软相条件下（28 wt%）获得了28 MGOe的磁能积。在块体纳米材料中实现了晶粒尺寸、形状、分布和晶体取向等多个参数的控制。. 本项目在Adv. Mater.、Nano Lett.和Small等杂志上发表论文12篇，在国内外会议上做邀请报告5次；申请国内和国际发明专利4项，授权1项。国家自然科学基金委、MRS Bulletin、Advanced Science News, Small和Materials 360等多家网站对项目研究成果进行了亮点介绍和报道。