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SHMFF用户利用核壳结构助推ThMn12新型永磁材料产业化
发布时间:2022-06-08

近日,稳态强磁场实验装置(SHMFF)用户杭州电子科技大学的赵利忠研究员团队,借助SHMFF对ThMn12新型永磁的内禀永磁性能进行了研究,确定了各向异性场与饱和磁化强度。相关成果发表在国际权威期刊《先进材料》(Advanced Materials)上。

新能源汽车、风力发电和工业机器人等新兴产业的快速发展对高功率永磁电机提出了急迫的需求,而高温内禀磁性能强且低成本的ThMn12新型永磁有望成为制造高功率永磁电机的首选材料。然而ThMn12型SmFe12相具有亚稳定特性,需加入大量非磁性元素以稳定ThMn12相;可是,ThMn12相的饱和磁化强度μ0Ms随着稳定元素的加入急剧下降。因此,如何同时保持高的相稳定性和磁性能是目前ThMn12新型永磁产业化面临的一大难点。近期研究发现稀土位Y元素的替代可以提升相稳定性,从而大幅增强ThMn12相的μ0Ms;由于Y元素不具备4f电子导致ThMn12相的各向异性场μ0Ha急剧降低。

针对上述问题,该研究团队突破性提出了一种利用调幅分解在(Sm, Y)Fe12基磁体中自发构建核壳结构的方法,实现了ThMn12磁体相稳定性和内禀磁性能的同步提升,从而突破了以上难点。研究表明,通过Y、Co和Ti元素的协同优化以及核壳结构的构筑,并利用SHMFF精准测量了永磁材料的内禀磁性能,获得了μ0Ha为9.24 T和μ0Ms为1.52 T的高性能磁体。研究团队结合洛伦兹、球差校正透射电镜等表征手段和模拟计算,阐明了Y、Co和Ti元素添加对磁体相稳定性和内禀磁性能的影响机制、核壳结构形成机理及其与高磁性能之间内在联系。

该研究成果为高性能永磁体的设计和制备提供了一种重要策略,同时磁体中较低的软磁α-Fe含量也预示该磁体具有较好的产业化前景,适合规模化生产。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202203503 

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图:(a)Sm0.75Y0.25(Fe0.8Co0.2)12-lTil (l=0.5-1.0)合金随Ti含量变化的μ0Ms和μ0Ha理论计算值和实验值,(b)随Ti含量变化的M-T曲线


(来源:中科院合肥物质科学研究院)