多变量场下高性能稀土永磁合金的微磁结构研究

The aim of this project is to investigate dynamic magnetic domains of high performance bulk anisotropic rare earth permanent magnetic alloys using magnetic force microscopy (MFM). To fabricate advanced high coercivity and sensitivity MFM probes is prerequisite to the revealing of magnetic domains of these alloys. We will reveal the characteristics on the interaction between magnetic probes and the alloy samples. The influence of magnetic field and temperature and stress on the magnetic properties will be discussed, the reversal magnetization and thermal demagnetization process (time-, temperature- and stress-stability of magnetic domains) in these alloys are also investigated. Using Section Analysis, 2-D Fast Fourier Transformation and Power Spectral Density functions assembled by MFM, we will discuss the relation between dynamic magnetic domains and magnetization-demagnetization process based on micro-magnetic theory and microstructures of the alloys. This project belongs to applied basic one, indicates the research direction on magnetic domains of bulk high performance rare earth permanent magnetic alloys. The project is to enhance the technique of application of MFM on bulk permanent alloys, to bring out experimental results to discuss magnetization-demagnetization process and to make micro-magnetic theory more fruitful.

本项目将在研青年科学基金的研究切入点——静态微磁结构研究，提升到动态微磁结构的研究层次，即基于高矫顽力、高灵敏度磁探针的研制，开展各向异性稀土永磁合金块材的磁力显微学研究。探究磁探针与永磁合金的磁相互作用特征，探针的磁性和各向异性对稀土永磁合金微磁结构的影响；研究磁场，温度，应力等变量场对高性能稀土永磁合金的磁性的影响，研究反磁化机理及退磁机制（微磁结构的时间、温度、应力稳定性等）；运用截面分析、二维傅立叶分析和功率频谱密度函数等技术处理手段，对动态微磁结构进行全面的分析，结合微磁学理论以及永磁合金的磁性和微观组织结构分析，研究动态微磁结构与技术磁化－反磁化特性的关联性。本项目是磁力显微学的研究发展方向，属于应用基础研究，项目的实施将有助于巩固和拓展磁力显微镜在大块高性能稀土永磁合金中的研究技术水平，为深入理解高性能稀土永磁合金技术磁化－反磁化特性提供微磁结构分析依据，丰富微磁学理论。

本项目为国家自然科学基金主任基金项目，执行期限为2013年1月至12月。磁力显微镜（Magnetic force microscopy， MFM)，具有很高的横向分辨率(~10 nm)，是研究磁性材料微磁结构的强力有工具。磁性材料微磁结构的研究，不仅具有基础理论研究意义，而且具有重要的技术应用价值。热压/热变形工艺是将各向同性的Nd-Fe-B甩带制备成全密度各向异性的纳米磁体。在热变形磁体中，易磁化轴的规则排列（形成强的磁各向异性）致使磁体具有好的剩磁和磁能积。磁畴结构的特性和磁畴的大小与材料的制备工艺有关，而且有助于探究纳米晶磁体的反磁化机制。本项目对高性能烧结和热变形Nd-Fe-B磁体的磁性和微磁结构进行了系统的分析研究。磁体中的耦合畴是由于晶粒内部的交换耦合和晶粒之间的静磁耦合共同作用的结果。研究发现，采用MFM图片中揭示的位相方均根粗糙度frms// 和frms^的比值能够很好地定性表征磁体的磁特性；热压－热变形NdFeB磁体的微磁和微晶结构的高度均匀性，是得到高性能NdFeB磁体的关键因素。对饱和磁化的NdFeB磁体，随着热处理温度的升高，伴随着反向畴的出现和长大，直至实现退磁。项目执行过程中，发表学术论文3篇，会议论文1篇，申请国家发明专利2项。“热压/热变形钕铁硼磁体的微磁结构研究” 获得第十二届北京冶金青年优秀科技论文优秀奖。相关成果分别获得2013年中国钢研科技集团有限公司科技创新奖一等奖。