成果名称: 基于晶界调控的钕铁硼永磁材料的磁性能与反磁化机制研究
完成单位: 广东省科学院稀有金属研究所
主要人员: 周庆,肖方明,孙泰,彭玲香
介绍:

    1、课题来源与背景: 本课题来源于广东省科技厅广东省自然科学基金(面上项目)的支持,以钕铁硼稀土永磁材料为主要研究对象。钕铁硼稀土永磁材料作为当今世界的“永磁之王”,因其优异的综合磁性能(最大磁能积+内禀矫顽力),从1983年发现至今,仍无可取代,并广泛应用于新一代信息技术、高端装备制造、节能环保、新能源及新能源汽车等战略性新兴产业。近年来,受益于风力发电、机器人、节能家电、混合动力及电动汽车等低碳经济的发展,以烧结钕铁硼磁体为代表的稀土永磁材料,作为高性能电机、传感器等关键零部件的核心支撑材料,获得了广阔的应用前景和市场空间,同时也对其内禀矫顽力(简称矫顽力)、热稳定性及耐腐蚀性等服役性能指标提出了更高的要求。目前,钕铁硼永磁材料的剩余磁化强度(Br)达到了1.56 T,是理论极限值(1.61 T)的95%以上,但矫顽力(Hcj)在不添l加重稀土元素的条件下最高却只有2.95 T,仅为理论极限值(HA = 7.3 T)的40 %。因此,矫顽力作为描述永磁材料抵御外部反向磁场、高温热扰动以及其它失效因素能力的重要性能指标,已成为限制钕铁硼永磁材料在高端应用领域发展的关键因素。

    2、研究目的与意义: 本课题以钕铁硼永磁的晶界相和晶界状态为研究对象,以晶界调控优化晶界相和改善晶界状态为切入点,通过控制扩散介质(稀土元素或非稀土元素),扩散工艺调节合金中晶界相的成分、结构、尺寸、分布以及界面状态等,分析了其对微观组织形态以及磁性能的影响。并利用模拟计算和精细实验表征相结合的方法,研究晶界扩散改善矫顽力的物理机制,揭示反磁化过程中磁畴的演变行为和作用机理,阐明对磁性能和退磁过程的影响,探索设计新型高性能钕铁硼永磁所需的微结构。该研究有助于深入理解钕铁硼永磁的扩散机制和磁性机理,为解决晶界调控改善钕铁硼永磁性能的共性问题,创新稀土永磁制备工艺打下良好的理论基础。

    3、主要论点与论据: 本课题按照拟定的三年研究工作计划,借助目前主流的晶界调控技术,对NdFeB永磁晶界扩散过程中晶界相的组成、微观结构和形貌分布等变化及其与磁性能的相互关系进行深入的分析和总结,进而探索相关扩散机制和磁性机理,为制备新型低成本、高性能的NdFeB永磁材料打下良好的理论基础。课题主要研究内容包含三个方面,一是晶界扩散体系和工艺的探索和设计;二是晶界调控及扩散机制研究;三是晶界相特性及其对磁性能的影响研究。本课题在执行期内研究了烧结钕铁硼永磁体和永磁带材晶界相成分、结构和分布对磁体反磁化过程的影响,并建立了晶界微观结构特征的演化与磁性能的相互关系。在此基础上,以稀土和非稀土合金的晶界扩散技术为基础,通过扩散前后微区成分、结构和分布的分析,对扩散过程中扩散介质和晶界相的相互作用做了进一步的分析。

    4、创见与创新: 在传统晶界扩散选用重稀土化合物(合金)作为扩散介质的基础上,提出选择高丰度稀土及非稀土元素构成扩散体系,综合运用包覆扩散、元素掺杂、纳米复合、多主相组装等技术调控材料的成分、结构和分布,发展新型NdFeB永磁材料的设计原理和方法。

    5、社会经济效益和存在的问题: 本课题响应稀土资源均衡利用的国家战略号召,聚焦基于晶界扩散改善钕铁硼永磁材料综合磁性能的前沿技术,其应用前景十分广阔。本项目在执行期间,项目负责人作为广东省科技特派员参与了广东省稀土产业集团(深圳市福义乐磁性材料有限公司)技术推广和产品研发等方面的工作,在N52、50H、48SH等牌号产品的开发上提供了有价值的理论基础和具有实际意义的指导意见,上述产品应用到了节能节电、机器人及新能源汽车等众多领域。

    6、历年获奖情况: 【1】 周庆, 优秀墙报, 第九届国际稀土开发与应用研讨会, 2019年, 北京。

批准登记号:
登记日期: 2021-06-21
研究起止时间: 2017-05-01至2020-05-01
所属行业: 科学研究和技术服务业
所属高新技术类别:
评价单位名称: 广东省科学技术厅
评价日期: 2020-06-10