《晶界偏聚及晶界結構對NdFeB永磁材料矯頑力的影響》是依託上海交通大學，由張瀾庭擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：晶界偏聚及晶界結構對NdFeB永磁材料矯頑力的影響
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：張瀾庭
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
為了滿足NdFeB永磁體在以新能源電動汽車為代表的動力馬達領域中套用的需求，合理有效地利用有限的稀土資源，採用晶界滲透處理和晶界相改性的方法，解決NdFeB材料中提高矯頑力與降低剩磁之間的矛盾。以燒結NdFeB為基本體系，研究提高滲透處理深度的方法，從熱力學和動力學的角度，研究合金元素和晶界相晶體結構對Dy、Tb等提高矯頑力的元素在晶界的偏聚的影響。通過晶界添加物形成新的晶界結構相，提高矯頑力，增加組織穩定性，研究新的晶界結構相的形成規律及其對提高矯頑力的機理。通過對晶界的化學成分分布、晶界相、晶體結構和晶格缺陷等微觀結構的表征，並結合設計的界面模型體系，闡明提高NdFeB磁體矯頑力的晶界化學和晶界微觀結構的機理，完善NdFeB矯頑力理論，為發展節約資源的新型高性能磁性材料提供理論依據。
結題摘要
燒結NdFeB永磁體的頑力是組織結構敏感參數，因此可以通過晶界微觀結構、化學的調控，達到提高矯頑力並節約重稀土資源的目的。本項目通過對燒結磁體晶界相擴散滲透或者摻雜改性的研究，發展了無Dy擴散提高矯頑力的方法，揭示了其中的微觀結構因素和晶體學各向異性的因素；對單晶體的研究揭示了磁體中稀土元素置換合金化的原理，為進一步發展輕稀土改性磁體提供了理論依據和啟發。 在晶界摻雜改性和擴散滲透方面，分別研究了含Dy與不含Dy的物質的作用規律。在燒結磁體中，首次利用不含Dy元素的Nd-Cu低熔點共晶物質進行晶界擴散，實現了磁體矯頑力的提高。無論是摻雜改性還是擴散滲透，DyF3能實現明顯的矯頑力提高，其單位Dy用量對矯頑力提高的幅度較之合金化方法有2倍以上的提高，Dy元素在晶界上區域的偏聚以及所增加的晶界非磁性相是其中一個方面的原因，納米衍射證實F元素減少晶界相/基體相界面上的無序排列以及晶界上形成有序的NdOF相，是提高矯頑的微區結構因素。相較於含Dy物質，由於化學驅動力的關係，燒結磁體上不含Dy物質的晶界擴散在此之前尚未有成功的報導。我們利用加壓擴散Nd-Cu的方式，首次在燒結磁體上獲得了比較明顯的矯頑力提升，擴散後磁體的矯頑力可以達到2.08 T，擴散效果遠優於傳統無壓擴散方法；同時通過改變載入方向，證實晶界擴散具有各向異性：沿磁體取向方向載入比垂直於取向方向載入能獲得更加明顯的效果。 計算表明，重稀土元素Dy和輕稀土元素Ce均傾向於置換Nd2Fe14B中的Nd原子形成四方結構的2-14-1相，說明Dy和Ce均可以被利用來對Nd2Fe14B基體相進行置換摻雜。在理論計算的基礎上，分別製備了一系列Dy、Ce置換摻雜的R2Fe14B單晶體，以此研究飽和磁化強度、各向異性場、四方相c/a值以及元素的化學價態隨摻雜的變化規律。對於Dy置換摻雜，晶體的飽和磁化強度、各向異性場、四方相c/a值等隨著置換摻雜量的變化呈線性變化的規律，元素的化學價態隨置換摻雜基本沒有改變。與常規理解的+4或+3價不同，對於Ce2Fe14B，XPS和XMCD實驗均證實Ce元素為+3.12左右的混合價；研究同時發現，高溫下（＞300K）少量Ce置換摻雜（(Nd0.95Ce0.05)2Fe14B晶體）可以提高各向異性場，表明Ce置換摻雜對磁體矯頑力提高的積極作用，與最近報導的一些現象吻合。
