Pr2Fe14B/Ce2Fe14B纳米复合磁体的界面合金化对磁性能的影响

Owing to the intergranular exchange coupling effect magnetization reversals are uniform in nanocomposite magnets, leading to an enhancement in magnetic properties. The alloying at interface due to atomic interdiffusion has a strong effect on exchange coupling and magnetic properties. In this project we do the research on Pr2Fe14B/Ce2Fe14B nanocomposite magnets, in which the two phases are different greatly in magnetocrystalline anisotropy, but the same in structure. The research includes: manipulating the alloying at interface by the methods of high energy ball milling and the following annealing, etc. in sample preparation; investigating the effects of alloying and graded anisotropy on the magnetization reversals and coercivity; studying the role of interface in irreversible magnetization reversal by thermal activation and in return checking the interdiffusion effect at the interface; investigating the alloying affect on reversed domain nucleation or domain wall pinning in magnetization reversal; comparing the exchange coupling effect in Pr2Fe14B/Ce2Fe14B nanocomposites with the average effect in (PrCe)2Fe14B single phase. It is expected to provide the basis for probing into the key science problems about the exchange coupling dependence on the interface nature, and it could possibly pave a practical way to improve the efficiency for integrated exploitation of Bayan Obo rare earth resources.

纳米复合永磁体通过晶间界面耦合作用可使两种磁性材料的反磁化行为一致，从而达到磁性增强的目的，两相原子在界面扩散合金化对耦合作用和磁性能有强烈影响。本申请拟以Pr2Fe14B/Ce2Fe14B纳米复合磁体开展研究，两相结构相同，但磁晶各向异性相差很大。研究内容包括：探索通过球磨和退火等方法研究两相合金化的规律，建立界面合金化程度、各向异性梯度与反磁化和矫顽力的关系；通过反磁化的热激活研究界面在不可逆反磁化中的作用，从不可逆反磁化验证界面的合金化程度；探究界面合金化对反磁化过程的形核或钉扎作用的影响；对比复相Pr2Fe14B/Ce2Fe14B磁体的界面磁性耦合效应和单相(PrCe)2Fe14B磁体的磁性平均效应，为探索与界面特性密切相关的交换耦合这一关键科学问题提供依据。本研究还可为包头地区白云鄂博稀土资源综合平衡利用探索途径。

通过粉末冶金方法制备R2Fe14B双主相复合磁体，尽管两相磁性相差很大，但反磁化过程基本一致，反磁化曲线方形度较好。将(Pr,Nd)15Fe77B8粉末和(Pr,Nd)5Ce10Fe77B8粉末混合制备(Pr,Nd)2Fe14B/Ce2Fe14B复合磁体，随着Ce含量增加，磁体矫顽力先下降。当Ce原子百分比含量增加到3%和4%时，磁体矫顽力开始回升，随后随着Ce含量增加矫顽力再缓慢下降。Ce2Fe14B的磁晶各向异性场低，但Ce在R2Fe14B中的溶解度是有限的，这意味着如果Ce过多地取代Pr-Nd，部分Ce元素会从主相排除而富集于晶粒边界。Ce在R2Fe14B中相对溶解度的变化将改变Ce和Pr-Nd元素的分布，这会造成晶粒表层各向异性发生变化，因而Ce含量在一定范围内矫顽力可能反常增加。通过优化工艺制备的 (Pr,Nd)2Fe14B/Ce2Fe14B复合磁体的磁性能优于成分相同的(Pr,Nd,Ce)2Fe14B单主相磁体。尽管复合磁体由两相组成，但两相原子扩散很显著。通过热激活研究认为磁体反磁化需要在晶粒表层反磁化畴形核，以降低所需外磁场的能量。反磁化畴形核过程实际上也是畴壁去钉扎过程。晶粒表层缺陷厚度和各向异性场的变化会严重影响矫顽力，两相界面合金化会减小界面各向异性梯度，减小反磁化形核场、减弱磁畴壁位移的钉扎作用，降低磁体矫顽力。而Pr2Fe14B/Ce2Fe14B复合磁体两相原子扩散和界面合金化会增加界面的厚度，使两相界面磁晶各向异性常数的变化减缓。因此需要防止两相界面的过度合金化，减小晶粒表层缺陷的厚度。该研究为理解反磁化过程和矫顽力机理提供理论基础，对于磁体的结构设计具有重大指导意义。同时该研究为综合利用白云鄂博稀土制备资源节约型永磁体提供途径。