中國電子元件行業(yè)協(xié)會
China Electronic Components Association
稀土永磁材料能向外界提供強磁場，在交通、能源、信息等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛；稀土永磁材料同時也是消耗稀土戰(zhàn)略資源最多的領(lǐng)域，因此，一直是稀土產(chǎn)業(yè)大國博弈的核心領(lǐng)域。隨著稀土永磁材料領(lǐng)域國際競爭日益激烈，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、符合我國稀土資源特色的高性能稀土永磁材料及制備技術(shù)，對推動我國稀土永磁產(chǎn)業(yè)發(fā)展和稀土資源高效利用意義重大。前沿院馬天宇教授團隊長期從事稀土永磁材料基礎(chǔ)研究和技術(shù)開發(fā)，近期在輕稀土永磁材料領(lǐng)域取得了重要進展。
Sm2Co17型輕稀土永磁材料是高溫磁性最強的永磁材料，也是使用溫度超過300℃的新一代軌道交通和電動飛機等永磁驅(qū)動系統(tǒng)的首選。歷經(jīng)40多年發(fā)展，該類材料的剩磁（充磁后向外界提供的磁感應(yīng)強度）已接近理論值，但是其矯頑力和膝點磁場（反映抗退磁能力的指標(biāo)，值越大抗退磁能力越強）卻遠(yuǎn)低于理論值。馬天宇教授團隊在前期深入研究該類材料顯微組織演變和反磁化機制的過程中，發(fā)現(xiàn)一種由結(jié)構(gòu)缺陷聚集所形成的2:17R’新相，這個相對磁性能有害，是導(dǎo)致矯頑力和膝點磁場低于理論值的重要原因[《材料學(xué)報》（Acta Materialia）202 (2021) 290 – 301、244 (2023) 118580]。最近，團隊發(fā)展了一種提高2:17型釤鈷永磁材料矯頑力和膝點磁場的新方法。與傳統(tǒng)的等溫時效和慢冷處理工藝不同，該團隊在等溫時效處理之前引入了額外的快速升降溫（RTP）預(yù)處理（圖1），通過增多點缺陷和同時保持高密度線缺陷（位錯），有效提高了對矯頑力起關(guān)鍵作用的1:5H析出相的形核率，同時加快了等溫時效過程中結(jié)構(gòu)缺陷的分解速度。對比結(jié)果顯示，在后續(xù)的全程熱處理之后，1:5H析出相顯著增多，同時2:17R’明顯減少，從而使矯頑力（Hcj）提高近20%、膝點磁場(Hk)提高30%以上，磁體綜合磁性能超過成分相近的商業(yè)磁體。相關(guān)工作已申報國家發(fā)明專利（公開號CN2023105067717）。
圖1 采用傳統(tǒng)工藝和引入快速升降溫預(yù)處理制備磁體的熱處理流程和磁性能
相關(guān)論文以《快速升降溫預(yù)處理促進形核增強Sm2Co17型磁體硬磁性》（Rapid-thermal-process pre-treatment promoted precipitation towards strengthening hard magnetism of Sm2Co17-type magnets）為題發(fā)表在金屬材料領(lǐng)域旗艦刊物《材料學(xué)報》（Acta Materialia 274 (2024) 119966）。
前沿院助理教授宋欣為論文第一作者，馬天宇教授為論文通訊作者，合作者包括東北大學(xué)黃丹博士、中國科學(xué)院贛江創(chuàng)新研究院周相龍博士、杭州電子科技大學(xué)趙利忠教授和劉孝蓮博士、香港城市大學(xué)任洋教授及西北工業(yè)大學(xué)劉峰教授。西安交通大學(xué)前沿院為上述論文的通訊單位。研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、國家自然科學(xué)基金項目及金屬材料強度國家重點實驗室的支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.119966
