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前沿院马天宇教授团队在高性能稀土永磁材料领域取得重要进展
来源:产业前沿  浏览次数:938  发布时间:2024-05-31

稀土永磁材料能向外界提供强磁场,在交通、能源、信息等领域应用广泛;稀土永磁材料同时也是消耗稀土战略资源最多的领域,因此,一直是稀土产业大国博弈的核心领域。随着稀土永磁材料领域国际竞争日益激烈,研发具有自主知识产权的、符合我国稀土资源特色的高性能稀土永磁材料及制备技术,对推动我国稀土永磁产业发展和稀土资源高效利用意义重大。前沿院马天宇教授团队长期从事稀土永磁材料基础研究和技术开发,近期在轻稀土永磁材料领域取得了重要进展。


Sm2Co17型轻稀土永磁材料是高温磁性最强的永磁材料,也是使用温度超过300℃的新一代轨道交通和电动飞机等永磁驱动系统的首选。历经40多年发展,该类材料的剩磁(充磁后向外界提供的磁感应强度)已接近理论值,但是其矫顽力和膝点磁场(反映抗退磁能力的指标,值越大抗退磁能力越强)却远低于理论值。马天宇教授团队在前期深入研究该类材料显微组织演变和反磁化机制的过程中,发现一种由结构缺陷聚集所形成的2:17R’新相,这个相对磁性能有害,是导致矫顽力和膝点磁场低于理论值的重要原因[《材料学报》(Acta Materialia)202 (2021) 290 – 301、244 (2023) 118580]。最近,团队发展了一种提高2:17型钐钴永磁材料矫顽力和膝点磁场的新方法。与传统的等温时效和慢冷处理工艺不同,该团队在等温时效处理之前引入了额外的快速升降温(RTP)预处理(图1),通过增多点缺陷和同时保持高密度线缺陷(位错),有效提高了对矫顽力起关键作用的1:5H析出相的形核率,同时加快了等温时效过程中结构缺陷的分解速度。对比结果显示,在后续的全程热处理之后,1:5H析出相显著增多,同时2:17R’明显减少,从而使矫顽力(Hcj)提高近20%、膝点磁场(Hk)提高30%以上,磁体综合磁性能超过成分相近的商业磁体。相关工作已申报国家发明专利(公开号CN2023105067717)。

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图1 采用传统工艺和引入快速升降温预处理制备磁体的热处理流程和磁性能


相关论文以《快速升降温预处理促进形核增强Sm2Co17型磁体硬磁性》(Rapid-thermal-process pre-treatment promoted precipitation towards strengthening hard magnetism of Sm2Co17-type magnets)为题发表在金属材料领域旗舰刊物《材料学报》(Acta Materialia 274 (2024) 119966)。


前沿院助理教授宋欣为论文第一作者,马天宇教授为论文通讯作者,合作者包括东北大学黄丹博士、中国科学院赣江创新研究院周相龙博士、杭州电子科技大学赵利忠教授和刘孝莲博士、香港城市大学任洋教授及西北工业大学刘峰教授。西安交通大学前沿院为上述论文的通讯单位。研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金项目及金属材料强度国家重点实验室的支持。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.actamat.2024.119966