纳米晶复合永磁材料的研发

永磁材料的磁能积在其使用设备中起关键作用，它决定了器件或设备的能源转换效率，因此，强磁体的研究和应用对能源的高效使用和转换具有重要的意义。理论研究预言，由纳米尺度的永磁相和软磁相组成的纳米晶复合交换耦合磁体的磁能积可以达到80~100MGOe，超过当前被称为永磁王的NbFeB的最大磁能积59MGOe，因此，被认为是潜在的新一代永磁材料。要获得如此高的磁能积，需要对软、硬磁相的结构在纳米尺度上进行控制:要求含有高体积分数的软磁相；软磁相尺寸不大于10nm且尺寸均匀;永磁相具有（00l）晶体织构的易轴对中等。但是，实践证明，实现这些结构参数的有效控制难度很大。燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室对这种新材料进行了长期的研究，取得了一定的进展。

一，纳米晶复合永磁材料的软磁相

他们发现，高压可以有效地降低纳米晶的成核能垒，促进纳米晶的成核，并对原子的扩散有抑制作用，从而阻止纳米晶的粗化。另外，室温严重塑性变形对纳米晶复合永磁材料的微结构形成也有重要的影响，促进10~20nm超细α-Fe纳米晶的形成；并获得大于30%的高体积分数且分布均匀的α-Fe相。实验证明，Nb9Fe85B6非晶合金经过室温高压扭转变形后在最佳温度下退火所制备的α-Fe/Nb2Fe14B纳米晶复合永磁材料具有细小的晶粒尺寸10~30nm，而非晶合金直接退火所制备的纳米晶复合永磁材料的晶粒尺寸粗大且不均匀。研究还表明，室温大塑性变形降低了非晶合金的最佳热处理温度，这对获得均匀细小的α-Fe纳米晶的尺寸具有重要作用。室温大塑性变形还抑制了Nb9Fe85B6非晶合金晶化过程中高铁亚稳相，由此增加了α-Fe相的体积分数。由于经过室温大塑性变形后所制备的纳米晶复合永磁材料具有细小的晶粒尺寸和高体积分数的软磁α-Fe相，与直接退火非晶合金所制备的纳米晶复合永磁材料相比，表现出高的饱和磁化强度、强的晶间交换耦合、高的矫顽力和磁能积。

二，纳米复合永磁材料中的硬磁相

永磁材料易轴对中可以获得高的剩磁，是获得高磁能积的重要保证。在纳米晶复合永磁材料的研究中，获得易轴对中的硬磁相一直是一个难点。他们发现，温度梯度、高压、大应力热变形可以诱导贫稀土Nb-Fe-B合金中硬磁纳米晶的取向生长。另外，采用表面活性剂辅助机械球磨，可以制备各向异性硬磁纳米片材料。试验表明，通过控制工艺参数，在较高快淬速度下可以导致α-Fe纳米晶体的(110)织构的生长，该织构的形成可以诱导出Nb2Fe14B晶体垂直于带面的(330)和(331)织构。由于该织构是在较高冷淬速度下形成的，纳米晶的尺寸细小而均匀，这有利于获得高性能的各向异性纳米晶复合永磁材料。通过熔体快淬技术和控制温度梯度，他们制备出了磁能积为25.2MGOe的各向异性α-Fe/Nb2Fe14B纳米晶复合永磁材料。另外，他们通过高应力下热变形制备出了各向异性块体α-Fe/Nb2Fe14B纳米晶复合永磁材料。