Nd2Fe14B/α-Fe系纳米晶复合永磁材料的温度稳定性机制和矫顽力机理的研究

纳米晶复合永磁材料具有独特的矫顽力机理和优异的潜在磁性能，有望在汽车、船舶等需要较高温度的环境下使用，但该材料的温度稳定性增加的同时往往会使合金的矫顽力大幅度地降低。本项目将对Nd2Fe14B/α-Fe系纳米晶复合永磁材料的矫顽力机理和温度稳定性机制进行深入研究。以纳米晶复合永磁材料晶界处的元素原子偏聚为切入点，利用三维原子探针（3DAP）和高分辨电镜(HRTEM)等技术研究合金的微观结构和各元素的原子分布，对比其磁性能，得出合金微观结构、成分分布与磁性能的对应关系，进一步深入理解合金的矫顽力机理。研究合金的微观结构、成分分布随温度的变化规律，分析温度对合金反磁化机理的影响，进而弄清合金的温度稳定性机制。从合金的磁粘滞的角度分析合金的反磁化机理，并扩展到高温领域，研究合金的磁粘滞随温度的变化。本项目的研究将为制备同时具有高温度稳定性和高矫顽力特征的纳米晶复合永磁材料打下良好的理论基础。

本项目系统地研究了Nd2Fe14B/α-Fe系纳米晶复合永磁材料的矫顽力机理和温度稳定性，得到了如下重要的结果：.(1)制备了Nd-Fe-Co-Zr-B-M (M=Dy, Nb, Ga, Cr)系列纳米晶复合永磁合金，结合微观结构和宏观磁性能，分析了其矫顽力机理。a) 分析了合金的磁粘滞行为，拟合计算得到各合金的热扰动场(Hf)，并求得激活体积(Va)，畴壁宽度(δw)和磁交换长度(lex)。b)合金的微观结构分析表明，含Nb合金的晶粒尺寸分布均匀，且晶粒尺寸很小，约为15 nm。c)分析合金的铁磁交互作用曲线(δM-H曲线)发现，各合金的交换耦合曲线都出现了明显的正向峰，说明合金中都存在铁磁交换耦合作用。其中，含Nb合金的峰值最高。d) 合金的不可逆磁化率(χirr)随磁场的变化曲线表明:含Ga合金的χirr-H曲线所对应的峰值最高，且最为狭窄尖锐，说明该合金的磁化反转过程很快，且需要较小的磁化反转区间，也表明相邻的晶粒间有较好的交互作用。.(2)研究了合金元素的添加（B, Cu, Nb, Zr, Dy, Y等）对纳米晶复合永磁材料的微观结构、磁性能和温度系数的影响, 制备出几种具有较高矫顽力和优异温度系数的永磁材料。a) Nd10Fe76B10Nb4合金：内禀矫顽力iHc=936 kA/m，剩余磁化强度Br=0.91 T，最大磁能积(BH)max=126 kJ/m³，剩磁温度系数α20-150℃=-0.15 %/℃，矫顽力温度系数β20-150℃=-0.35 %/℃。b) Nd9.5Fe75.75Co5Zr3Cu0.25B6.5合金：iHc=685 kA/m，Br=0.71 T, (BH)max=79 kJ/m3, α20-150℃=-0.07%/℃；β20-150℃=-0.36%/℃。.(3)研究了不同快淬速度对纳米晶复合永磁材料微观结构、磁性能和温度系数的影响。a)在适当的淬速条件下，淬态结构为非晶和微晶均匀分布，退火后合金易于获得晶粒尺寸细小且分布均匀的微观组织结构，使得软、硬磁相之间存在较强的交换耦合作用，进而获得较高的磁性能。b) Nd8.5Fe77.7Nb2Co5Ga0.6B6.2的粘结磁体，快淬速度为18 m/s退火后具有较好的综合磁性能： iHc=549 kA/m, α20-150℃=-0.09%/℃, β20-150℃=-0.35%/℃。