强脉冲磁场对NdFeB纳米复合材料凝固取向行为影响及其机理研究

Nd-Fe-B nanocomposite permanent magnets with textured microstructure have attracted much attention due to its high theoretical energy product. The bulk nanocomposite permanent magnets developed till now are mostly isotropic and the magnetic property is rather low compared to theoretical value. The effect of high pulse magnetic field on the orientation behavior and mechanism of Nd-Fe-B nanocomposite material during solidification were studied in this work. The crystal orientation as well as the grain nucleation and growth in the process of solidification under different magnetic flux intensity were analyzed. The action mechanism of the crystal orientation induced by pulsed magnetic field was revealed. The influences of the crystal orientation and microstructure on magnetic properties of Nd-Fe-B permanent magnets were exhibited. The current project aims at exploring a new idea on the fabrication of high performance anisotropic bulk nanocomposite permanent materials. It provides important theoretical and empirical basis for the development of more practical Nd-Fe-B nanocomposite permanent magnets.

具有取向排列的Nd-Fe-B纳米复合永磁以其理论预言的高磁能积倍受磁学界的关注。然而目前制备的块状纳米复合磁体多为各向同性，其性能与理论预测值仍有较大的差距。本项目拟开展强脉冲磁场对Nd-Fe-B纳米复合材料凝固取向行为影响及其机理研究。通过研究强脉冲磁场下Nd-Fe-B合金凝固过程中晶体取向及析出相的形核和生长过程，分析磁化技术对磁体显微结构尤其是晶体取向形成的作用机理；研究取向度-显微组织-磁性能的内在关联规律，揭示磁场诱导所形成的晶体取向生长对纳米复合永磁体硬磁性能的影响机制。项目旨在开拓高性能各向异性块状纳米复合永磁制备的新思路，为制备更具实用化的Nd-Fe-B纳米复合磁体提供理论和技术基础。

具有取向排列的Nd-Fe-B纳米复合永磁以其理论预言的高磁能积及低稀土含量而倍受磁学界的关注。相比于传统的烧结和粘结制备工艺，铜模喷铸法因制备工艺简单、低成本及污染小成为了近年来制备全密度块状纳米复合永磁的新工艺。但由于制备过程中难以很好地控制软硬磁相的晶粒尺寸及分布的均匀性，同时采用这种方法获得的块状纳米复合磁体多为各向同性，其性能与理论预测值仍有较大的差距。本项目采用铜模喷铸结合晶化处理技术、直接喷铸技术和磁场辅助喷铸技术制备获得Nd-Fe-B基纳米复合磁体。本项目在综合考虑非晶形成能力和硬磁性能的基础上完成合金成分的设计，利用铜模铸造工艺快速凝固制备非晶前驱体，再结合退火工艺制备获得柱状及锥状Nd-Fe-B基纳米复合磁体。在此基础上经成分优化，并进一步简化制备工艺，采用直接喷铸技术得到尺寸为1mm×5mm×50mm的长片状纳米复合磁体，矫顽力达1289kA/m。系统研究了合金成分对磁体非晶形成能力、结构和磁性能的影响规律，对晶化后磁体的显微组织和磁性能进行了深入的分析，揭示了退火工艺对磁体结构和磁性能的作用机制。利用磁场辅助喷铸凝固加强磁各向异性获得具有取向排列的Nd-Fe-B基纳米复合磁体，分析磁化技术对磁体显微结构尤其是晶体取向形成的作用机理；系统研究了取向度-显微组织-磁性能的内在关联规律。发现磁场可以诱导磁各向异性，并进一步改善磁体显微组织，从而提高磁体的磁性能。项目的实施为开发高性能Nd-Fe-B纳米复合磁体的制备及理论研究提供了理论和实验依据。研究结果对发展各向异性Nd-Fe-B块状纳米复合磁体的制备技术具有重要的意义，达到了预期研究目标。