近日,穩態強磁場實驗裝置(SHMFF)用戶杭州電子科技大學的趙利忠研究員團隊,借助SHMFF對ThMn12新型永磁的內稟永磁性能進行了研究,確定了各向異性場與飽和磁化強度。相關成果發表在國際權威期刊《先進材料》(Advanced Materials)上。
新能源汽車、風力發電和工業機器人等新興產業的快速發展對高功率永磁電機提出了急迫的需求,而高溫內稟磁性能強且低成本的ThMn12新型永磁有望成為制造高功率永磁電機的首選材料。然而ThMn12型SmFe12相具有亞穩定特性,需加入大量非磁性元素以穩定ThMn12相;可是,ThMn12相的飽和磁化強度μ0Ms隨著穩定元素的加入急劇下降。因此,如何同時保持高的相穩定性和磁性能是目前ThMn12新型永磁產業化面臨的一大難點。近期研究發現稀土位Y元素的替代可以提升相穩定性,從而大幅增強ThMn12相的μ0Ms;由于Y元素不具備4f電子導致ThMn12相的各向異性場μ0Ha急劇降低。
針對上述問題,該研究團隊突破性提出了一種利用調幅分解在(Sm, Y)Fe12基磁體中自發構建核殼結構的方法,實現了ThMn12磁體相穩定性和內稟磁性能的同步提升,從而突破了以上難點。研究表明,通過Y、Co和Ti元素的協同優化以及核殼結構的構筑,并利用SHMFF精準測量了永磁材料的內稟磁性能,獲得了μ0Ha為9.24 T和μ0Ms為1.52 T的高性能磁體。研究團隊結合洛倫茲、球差校正透射電鏡等表征手段和模擬計算,闡明了Y、Co和Ti元素添加對磁體相穩定性和內稟磁性能的影響機制、核殼結構形成機理及其與高磁性能之間內在聯系。
該研究成果為高性能永磁體的設計和制備提供了一種重要策略,同時磁體中較低的軟磁α-Fe含量也預示該磁體具有較好的產業化前景,適合規模化生產。
文章鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203503
圖:(a)Sm0.75Y0.25(Fe0.8Co0.2)12-lTil (l=0.5-1.0)合金隨Ti含量變化的μ0Ms和μ0Ha理論計算值和實驗值,(b)隨Ti含量變化的M-T曲線