低稀土双硬磁相MnBi/SmCo永磁体的关键制备技术及交换耦合机制

Facing the great pressure of rare earth resource shortage and environmental pollution, developing a kind of compound permanent magnet material with high performance low rare earth is not only the requirement of magnetic product development, but also the important subject of sustainable development of rare earth industry in China. The aim of this proposal is to study the key preparation technology and exchange coupling mechanism in low rare earth dual hard magnetic main phase composite permanent magnets. The following tasks will be involved. Firstly, the composite permanent magnets of MnBi/SmCo are prepared by ball milling-annealing technology, then are investigated systematically the effects of process condition on the microstructure and magnetic properties and thermal stability. Secondly, the regulation of process parameters on the grain size, phase structure, grain orientation growth and crystal boundary state will be identified by TEM, XRD and SEM in the composite permanent magnet system. Then, the project will be construct the intrinsic relationship between the fabrication process-microstructure-magnetic properties, and reveal the micro-mechanism and the synergistic effect of the two hard magnetic phase properties. Also, this project could provide a theoretical basis for the design and controllable technology of the new dual-hard magnetic phase composite permanent magnet.

面对稀土资源短缺与环境污染的巨大压力，开发一种高性能低稀土复合永磁材料不但是磁性产品发展的要求，更是我国稀土产业可持续发展的重大课题。本项目针对低稀土双硬磁主相复合永磁体的关键制备技术及交换耦合机制展开研究，主要研究内容包括：（1）利用球磨-退火技术制备MnBi/SmCo复合永磁体，系统研究工艺条件对复合磁体的微结构、磁性能、热稳定性的影响规律。（2）利用TEM、XRD和SEM对样品进行微结构表征，研究制备工艺参数对晶粒尺寸、相结构、晶粒取向生长和晶界状态等微结构的影响及调控规律。（3）深入研究复合永磁体的微结构对磁行为的影响规律，构建制备工艺-微结构-磁性能之间的内在关联，揭示两硬磁相性能相互弥补的微观机制及其协同作用。将为实现新型双硬磁相复合永磁体的微结构设计及可控技术提供理论依据。

双硬磁低稀土MnBi/SmCo纳米复合材料由于其优异的磁性能及价格低廉，有望取代价格高昂的稀土永磁材料，是我国稀土产业可持续发展的重大课题，具有非常美好的应用前景。本项目在真空电弧熔炉原理、晶体取向生长动力学及微磁学的基础上，综合利用真空高能球磨-退火技术，制备了新型高性能的低稀土MnBi/SmCo纳米晶复合磁粉。通过研究球磨-退火技术中温度、处理时间等工艺对双硬磁MnBi/SmCo纳米晶取向生长动力学和微磁畴结构的演化行为，揭示了复合磁粉中的晶粒取向生长、晶界状态和磁畴结构演化的影响规律及其控制机理；利用TEM、XRD和SEM对样品进行微结构表征，研究了制备工艺参数对晶粒尺寸、相结构、晶粒取向生长和晶界状态等微结构的影响及调控规律 ，阐明了双硬磁MnBi/SmCo纳米晶织构的形成机理，构建了制备工艺-微结构-磁性 能之间的内在关联，揭示了两硬磁相性能相互弥补的微观机制及其协同作用，为开发新型高磁性低稀土MnBi/SmCo复合材料微结构设计及其可控技术提供理论依据。此外，还研究了稀土元素Ln、Ce对MnBi基永磁体磁性能影响及影响机理。采用熔体快淬技术制备了不同掺杂浓度的纳米薄带材料，探究稀土含量对MnBi磁性能、磁化行为及其微观结构的影响规律。揭示了稀土掺杂元素含量、MnBi磁体微观结构和磁性能间的内在关联。通过Mn、Bi元素进一步均匀分布，低温相含量增加，MnBi基永磁材料磁性能得到优化，这对Heusler型MnBi永磁体的磁性能与微观结构更深层次的关联具有重要的意义，为新一代永磁体的发展提供一定的参考。