清华大学团队研究揭示掺杂(Ga, Cu)的Nd-Fe-B烧结磁体晶界相

文摘   科学   2024-07-19 16:00   北京  


7月14日,题为“Grain boundary phases in (Ga, Cu)-doped Nd-Fe-B sintered magnet”的研究论文在期刊《Acta Materialia》上在线发表。该论文由清华大学、中科三环、乌镇实验室共同完成。论文的通讯作者为清华大学张铁桥和于荣教授。论文通过多尺度研究,发现了(Ga, Cu)掺杂的Nd-Fe-B烧结磁体中的两种新的晶界相,这些发现有助于深入理解烧结磁体的微观结构与其磁性能之间的关系。

为了提高磁体的矫顽力,研究人员一直在探索通过优化晶界相的组成和分布来实现。传统的研究主要集中在块状晶界相,而对于连接三晶界的薄晶界层的研究相对较少。本文通过多尺度研究,发现了(Ga, Cu)掺杂的Nd-Fe-B烧结磁体中的两种新的晶界相,这一发现不仅填补了研究空白,还为磁体的微观结构与磁性能之间的关系提供了新的视角。


实验过程包括合金的制备、粉末的制备、成型、烧结和退火。具体步骤如下:首先,按照名义成分(Nd, Pr)14.6Cu0.2Al1.0Ga0.4B5.4Co1.0Febal (原子百分比)将相应的纯元素在氩气气氛下熔化,制备带材合金。带材合金的氧含量约为100-115 ppm。然后,将带材合金进行氢气脱硫处理,并用氮气喷砂机粉碎成细粉。粉末在1.5 T的磁场下成型并磁化对齐,进一步在150 MPa的等静压下压实后,在3.6 × 10^-3 Pa的真空压力下于1030℃烧结2小时。烧结后的磁体在1.8 × 10^-3 Pa的真空压力下在500℃退火1.5小时。
实验结果显示,经过退火处理后,样品的矫顽力显著提高,从0.82 T增加到1.60 T,增幅达95.1%。同时,剩余磁感应强度略有下降,从1.37 T下降到1.33 T,最大能量密度从348.31 kJ/m^3下降到337.93 kJ/m^3。通过SEM观察,发现退火后的样品晶界相更加明显和连续,有助于磁隔离邻近晶粒,提高矫顽力。通过TEM和STEM观察,发现了两种新的晶界相:一种新的Nd富相和一种新的Fe富相。新的Nd富相具有优异的润湿性,能够在约10 nm厚的薄晶界中存在,有助于磁隔离邻近晶粒。新的Fe富相呈针状,位于三晶界处,通过电子衍射确定其为六方结构,晶格参数为a = 17.6 Å和c = 29.2 Å。Lorentz TEM进一步揭示了新Nd富相是非铁磁性的,其存在于薄晶界中对提高矫顽力有利。

本研究通过多尺度研究,揭示了(Ga, Cu)掺杂的Nd-Fe-B烧结磁体中两种新的晶界相,这些发现不仅丰富了对烧结磁体晶界相的理解,还为提高磁体的矫顽力提供了新的途径。新的Nd富相和Fe富相的存在,特别是它们在薄晶界中的分布,对提高磁体的磁性能具有重要意义。这些发现为未来的磁体设计和优化提供了重要的科学依据。


论文引用:

  • 引用格式:Zhongwei Wu, Yuxuan Zhang, Wei Zhu, Tieqiao Zhang, Rong Yu, Grain boundary phases in (Ga, Cu)-doped Nd-Fe-B sintered magnet, Acta Materialia (2024), doi: https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.120196


通讯作者介绍:

http://www.advmat.tsinghua.edu.cn/yjdw/gggs.htm

https://www.mse.tsinghua.edu.cn/info/1024/1586.htm


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