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我院游才印教授团队在高丰度稀土烧结永磁体研究中取得重要进展

【来源: | 发布日期:2018-06-13 】

我院游才印教授及其指导的博士研究生范晓东与中国科学院宁波材料技术研究所闫阿儒、郭帅等研究员合作,采用双合金方法制备永磁体,显著改善了富含高丰度稀土烧结永磁体的永磁性能;借助不同稀土元素冶金行为的差异构建了核-壳晶粒结构;详细研究了高丰度稀土元素La、Ce和Y在烧结磁体制备全过程中的冶金行为,系列研究成果先后发表于J. Magn. Magn. Mater.Appl. Phys. Lett.及Acta Mater.等知名期刊。

2:14:1型稀土烧结永磁体广泛应用于电子通讯、交通运输、军事装备等领域,在器件小型化及节能降耗等方面发挥重要的作用。目前大量用于2:14:1型烧结永磁体的稀土元素主要为钕(Nd)和镨(Pr),而伴生存在的更高丰度且廉价的稀土元素镧(La)、铈(Ce)和钇(Y)因自身较低的内秉性能使其应用受到限制,造成了稀土元素的非均衡利用。目前研究热点之一为优化烧结永磁体的微观结构,提高富含高丰度稀土元素烧结磁体的永磁性能,从而促进稀土资源的高效综合利用及产业的减本增效。

游才印教授研究团队首先分别采用单合金 NdCeFeAlCuB烧结永磁体,以及双合金方法 NdCeFeAlCuB制备相同名义成分的烧结永磁体。较之于单合金方法,双合金法制备的永磁体矫顽力由10.3 kOe提高到12.1 kOe,且磁性的热稳定也得到了显著提高,见图1。微结构表征显示单合金方法制备的磁体Ce均匀分布,而双合金方法制备的磁体存在富Ce主相和富Nd主相。

另外,他们借助高丰度稀土Y的不同冶金行为,在Y部分替代Ce的烧结永磁体中构建了核-壳晶粒结构。矫顽力由7.13 kOe显著提升至9.73 kOe,磁体性能的温度稳定性也得到了大幅度提高。

最近他们又精确表征了 REFeAlCuB烧结磁体制备全过程(速凝、烧结及退火处理)高丰度稀土LRE的冶金行为。观察到速凝过程中高丰度稀土La、Ce富集在晶界处,而Y倾向于进入2:14:1主相。烧结和退火处理过程中,La从2:14:1主相中析出增加了晶界富集,而主相中Ce和Y的溶度增加,且含Y永磁体形成了核-壳晶粒结构。根据主相的形成能、包晶反应温度及原子扩散能力等合理解释了高丰度稀土元素的不同冶金演变行为。并且获得了优异的磁学性能Br= 12.29 kG,Hcj= 8.79 kOe, (BH)max= 35.28 MGOe(含Y磁体);Br= 12.48 kG,Hcj= 6.19 kOe, (BH)max= 35.52 MGOe(含La磁体);Br= 13.12 kG,Hcj= 11.82 kOe,(BH)max= 39.86 MGOe(含Ce磁体)。

   图1:(a)单合金和双合金方法制备的磁体磁滞回线;(b)磁体矫顽力随温度的变化关系;(c)剩余磁感强度的温度依赖关系; (d)最大磁能积的温度依赖关系。