中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
釹鐵硼熱變形磁體由于具有磁能密度高、稀土用量少、制備流程短、易于實(shí)現近終成型等優(yōu)點(diǎn)，在變頻家電、綠色交通、智能制造等領(lǐng)域具有廣闊的市場(chǎng)前景，巨大的應用需求也反向推動(dòng)了提高熱變形磁體磁性能的研究。然而，熱變形磁體內顆粒界面處存在的無(wú)取向粗晶區對剩磁和矯頑力都具有嚴重的負面影響。對此，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所稀土永磁團隊先后開(kāi)發(fā)出添加納米WC高熔點(diǎn)相和預擴散Pr-Cu低熔點(diǎn)相兩種晶界調控方法，通過(guò)有效抑制界面粗晶區大幅提高了磁體的矯頑力，同時(shí)揭示了界面調控抑制粗晶區形成的機理。
通過(guò)對比研究添加WC納米顆粒前后熱變形磁體的微觀(guān)結構和反磁化過(guò)程，研究人員發(fā)現，未添加WC時(shí)，磁體內條帶狀快淬顆粒界面處存在低熔點(diǎn)富釹相的大量偏聚，熱變形時(shí)液態(tài)的富釹相緩沖了作用于顆粒界面處晶粒的壓應力，從而導致界面處晶粒發(fā)生隨機長(cháng)大形成無(wú)取向的粗晶區；而添加的WC高熔點(diǎn)相在熱變形時(shí)仍然為“硬”的固態(tài)，并且分布于顆粒界面處（圖1a），它能夠在顆粒界面處產(chǎn)生局域壓應力，從而引發(fā)附近的Nd2Fe14B晶粒發(fā)生（00l）晶面擇優(yōu)取向生長(cháng)，進(jìn)而在顆粒界面處形成片狀納米晶（圖1b）。相比于無(wú)取向的微米粗晶粒，片狀納米晶取向良好且難以發(fā)生反向磁化，因而能夠大幅提高熱變形磁體的矯頑力，同時(shí)剩磁略有增長(cháng)（圖1c）。相關(guān)工作發(fā)表在A(yíng)cta Materialia (2019, 167: 103-111)上。
預擴散Pr-Cu低熔點(diǎn)相的方法能夠解決傳統晶界擴散時(shí)出現的Pr-Cu相在界面處偏聚嚴重的問(wèn)題，使Pr-Cu在磁體內分布更加均勻，實(shí)現非磁性Pr-Cu相對Nd2Fe14B晶粒的包覆，從而有效減弱Nd2Fe14B晶粒間的磁耦合作用，提高磁體矯頑力（圖2a）；同時(shí)顆粒界面處均勻分布的Pr-Cu相能夠更好地隔離晶粒，阻止晶粒間的融合生長(cháng)，進(jìn)而抑制界面處晶粒的過(guò)度長(cháng)大和粗晶區的形成。相比未進(jìn)行預擴散的磁體（圖2b），界面粗大晶粒數量顯著(zhù)減少，粗晶區寬度也明顯減?。▓D2c）。相關(guān)工作發(fā)表在A(yíng)cta Materialia (2019, 174: 332-341)上。
上述研究成果不僅豐富了熱變形磁體的晶界調控理論，也有助于進(jìn)一步推動(dòng)提升熱變形磁體性能的技術(shù)研發(fā)。相關(guān)工作得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目（2016YFB0700902）、國家自然科學(xué)基金（51671207）和浙江省基礎公益研究計劃項目（LGG18E010002、LGG19E010001）等的支持。
圖1 添加高熔點(diǎn)WC納米顆粒抑制粗晶區形成的機理圖及效果
圖2 預擴散Pr-Cu低熔點(diǎn)合金前后熱變形磁體的矯頑力和微觀(guān)結構照片
