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7月3日，由华南理工大学、广东省科学院资源利用与稀土开发研究所、广晟有色金属股份有限公司、河源市广晟广科稀土永磁创新研究院研究团队（通讯作者：周庆高级工程师）完成的关于Nd-Fe-B永磁材料在高温环境下的热稳定性的研究成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。该研究发现通过钆(Gd)替代的方式显著提升了Nd-Pr-Fe-B纳米晶合金的热稳定性。
实验过程
通过感应熔炼技术制备了一系列名义成分为[(Nd0.8Pr0.2)1-xGdx]14.3Fe76.9B5.9M2.9 (M = Co, Cu, Al 和 Ga; x = 0–0.6)的纳米晶合金。熔体旋转工艺以20 m/s的速度进行，确保合金形成所需的纳米晶结构。实验结果显示，通过XRD分析，所有合金主要包含硬磁性的RE2Fe14B（2:14:1）相，具有四方结构。在高Gd浓度下，通常在RE-Fe-B合金体系中会出现GdFe2（1:2相），但在Gd替代的合金中即使x=0.6也未发现额外的REFe2相特征衍射峰，表明Gd替代未改变(Nd,Pr)-Fe-B合金的相组成。随着Gd替代量的增加，2:14:1相的晶格常数a和c持续减小，这归因于Gd原子半径小于Nd和Pr，导致晶格收缩。
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所有样品的退磁曲线平滑且具有良好的方形状，显示出单一的铁磁性特征。由于Gd2Fe14B的饱和磁化Ms和各向异性场HA低于Nd2Fe14B和Pr2Fe14B，随着Gd含量的增加，合金的内禀矫顽力Hcj和剩余磁化Mr分别从21.1 kOe降至12.8 kOe，从78.1 emu/g降至51.2 emu/g。尽管Gd替代对室温下的磁性能有不利影响，但由于Gd2Fe14B的高居里温度（Tc = 661 K），预计Gd替代合金在高温下具有更优异的性能。![]()
Gd替代显著提高了2:14:1主相的Tc，从Gd自由合金的582 K增加到x=0.6时的643 K。通过磁化对温度的导数曲线，可以确定从铁磁状态到顺磁状态的居里转变点。所有研究的合金从300 K到400 K温度范围内，Hcj和Mr均一致下降。这种下降归因于RE-Fe和Fe在2:14:1相内的交换相互作用减弱。Gd替代水平越高，Hcj和Mr的下降率越低。随着Gd替代水平的增加，合金的α和β值均得到提高，表明Gd替代合金的热稳定性得到改善。![]()
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Gd替代导致合金的晶粒尺寸减小，晶粒细化。高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）和能量色散光谱仪（EDS）分析显示，Gd在合金中相对均匀分布，有利于提高合金的居里温度和热稳定性。![]()
综上，Gd替代对纳米晶合金的相组成、磁性能和微观结构有显著影响。尽管Gd替代导致室温下磁性能下降，但显著提高了合金的Tc和热稳定性，为提高Nd-Fe-B磁体的热稳定性提供了一种经济有效的方法。综上，这项研究系统地研究了钆替代对纳米晶熔喷[(Nd0.8Pr0.2)1-xGdx]14.3Fe76.9B5.9M2.9（M = Co、Cu、Al、Ga）(原子百分比; x = 0–0.6)合金的相组成、磁性能和微观结构的影响。结果显示，所有合金完全由具有四方结构的硬磁性相RE2Fe14B化合物组成。发现Gd替代对合金在室温下的磁性能有不利影响，导致随着Gd含量从x = 0增加到x = 0.6，矫顽力(Hcj)从21.1 kOe降低到12.8 kOe，剩余磁化(Mr)从78.1 emu/g降低到51.2 emu/g。然而，Gd替代被证明对提高RE2Fe14B相的居里温度(Tc)是有益的，将其从无钆合金的582 K提高到x = 0.6的含钆合金的643 K。值得注意的是，随着Gd替代从0增加到0.6，合金的热稳定性显著提高，这体现在α和β系数的增加值，分别从-0.120 %/K增加到-0.068 %/K和从-0.468 %/K增加到-0.295 %/K。微观结构分析揭示了Gd替代促进了晶粒细化，并在合金中实现了相对均匀的Gd分布。总之，这项研究提出了一种经济有效且直接的方法来提高Nd-Fe-B磁体的热稳定性。具体来说，部分用Gd替代Nd已被证明可以提高热稳定性并降低成本，尽管这会轻微降低室温下的磁性能。
通讯作者介绍
1、个人简况
周庆，博士研究生，高级工程师，硕士导师
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2、研究领域与研究方向
稀土永磁材料
3、概述
主持和作为技术负责人完成国家、省（部）级科研项目5项（主持5项）。主持完成广东省自然科学基金2项，省科技计划项目2项，主持完成广州市科技计划项目1项。在国内外核心期刊上发表相关论文30余篇，SCI收录20篇。获授权PCT专利1项，国家发明专利7项，实用新型专利6项。
https://www.gdzys.net/rlzy/qngg/t43200.html
附录信息
论文的发表日期：2024年7月3日
发表的期刊名称：Journal of Magnetism and Magnetic Materials
论文标题：Enhanced thermal stability of nanocrystalline melt-spun Nd-Pr-Fe-B alloys by Gd substitution
论文作者：Junwei Zheng, Weiwei Zeng, Caihai Xiao, Yongming Tao, Qiyun Lu, Cheng Qin, Cifu Lu, Renheng Tang, Zhaoguo Qiu, Xuefeng Liao, Qing Zhou
论文的DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172316
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