宁波材料所在热变形钕铁硼磁体无取向粗晶形成机制及其织构优化研究方面取得进展

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热压/热变形工艺是利用钕铁硼纳米晶粒在剧烈的塑性变形过程中，晶粒沿应力方向择优生长获得层状堆叠织构的近终成型制备技术。制备的热变形钕铁硼磁体具有晶粒细小、致密度高、强织构等优点，然而磁体中存在的无取向准周期性粗晶区限制了磁体性能潜力的深入挖掘。长期以来，粗晶区的形成机理尚不明晰，钕铁硼磁体发明人之一J.J.Croat表示，如果能减少无取向区域在热变形磁体中的占比，使得取向度优化5%以上，则磁体剩磁可达15 kGs，可获得最大磁能积超过55 MGOe的高性能热变形钕铁硼永磁体。由此可见，阐明粗晶形成机理，开展结构均匀性优化研究具有重大的现实意义。
　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁材料团队针对热变形钕铁硼磁体粗晶区开展了系统的研究。在之前的工作中，团队针对磁体中存在的无取向准周期性粗晶结构，开展了粗晶细化的微观结构优化研究，在快淬磁粉表面均匀分布硬质相，优化了表面晶粒的应力分布，微观结构得到大幅优化，磁体性能得到显著提升（Scripta Materialia 152 (2018) 127–131，Acta Materialia 167 (2019) 103-111），初步探明了热变形钕铁硼磁体晶粒细化改性机制。

结构优化前后热变形钕铁硼磁体微观结构与<001>极图对比图

　　在此基础上，团队进一步深入分析了磁体中粗晶粒分布规律，发现粗晶区与快淬磁粉贴辊面存在对应关系。研究表明，在快淬磁粉贴辊面存在晶界能较高、处于亚稳态的超细晶粒，且晶粒间缺少晶界相，在热变形过程中晶粒易发生晶界迁移，过度生长为粗晶区。因此，团队将磁粉进行预处理，使得超细晶粒预生长，降低晶粒晶界能，通过热变形工艺，使得磁体中条带贴辊面的晶粒，在应力作用下发生晶粒择优生长为片状晶，获得了条带界面晶粒织构沿压力方向一致排列，且微观结构均匀的热变形磁体。进一步采用压力辅助热处理技术，实现了热变形钕铁硼磁体微观无取向晶粒细化、织构优化的同时，改善了磁体宏观取向度，磁体剩磁提升了5%，从13.6 kGs提升至14.3 kGs，接近J.J. Croat教授的预测值，为发展高性能热压永磁体打下了坚实的基础。
　　该工作以“Origin and inhibition on quasi-periodic coarse grain regions in hot-deformed Nd-Fe-B magnets”为题发表在Acta Materialia, 255, 119070。本研究得到了国家重点研发计划（2022YFB3503400）、内蒙古重大专项（2021ZD0035）、宁波市科技创新“2025”重大项目（2020Z064、2019B10093）等的支持。
       文章来源：宁波材料所