Acta Materialia综述带你了解无稀土永磁体的发展与未来

【引言】

永磁体是电动机和发电机的重要组成部分。永磁体的很多主要性质，包括矫顽性和剩余磁化强度，与材料的微观结构密切相关。深入了解冶金过程、相稳定性和材料微观结构变化，对于永磁体的设计和提高十分重要。在电子设备中的牵引马达和风力涡旋机的发电机中所使用的永磁体包含稀土元素Nd和Dy。Dy可以在较高的温度下维持NdFeB的矫顽性。由于Dy和Nd这类的稀土元素的供应十分有限，这些稀土元素已经被美国能源部等其他国际机构列为关键材料。除了Dy，较细的晶粒尺寸也被发现在高温下维持矫顽力有好的效果。对相稳定性和微观结构的控制对稀土元素供应困难的问题会有直接的影响。和含有稀土元素的永磁体相比，不含有稀土元素的永磁体通常具有较低的最大磁能积。但由于其成本较低，不含稀土元素的永磁体可以用在要求较低的应用上。因此开发不含稀土元素的永磁体可以填补市场应用的空缺。在过去的五年中，在改进不含稀土元素永磁体的微观结构和物理性质方面已经取得了很大的进步。

【成果简介】

美国艾姆斯实验室在Acta Materialia上，发表了题为"Current Progress and Future Challenges in Rare-Earth-Free Permanent Magnets"的综述。在这篇综述中，作者总结了各种类型不含稀土元素的材料在永磁体上的应用。这些材料体系包括基于Mn的材料，磁晶各向异性合金，Alnico，FeNi/FeCo，氮化物/碳化物体系等等。除此之外，这些材料的研究现状，存在问题和未来发展也在文章中详细讨论。

【图文导读】

Figure 1.商业永磁体的(BH)_max的温度依赖

Figure 2.稀土元素氧化物在过去八年中的价格

Figure 3.Mn-Al合金体系的相图

Figure 4.τ-Mn_xAl_100-x和τ-Mn₅₄Al₄₆C_y复合物的居里温度，室温饱和磁化强度和室温各向异性场

Figure 5.Mn-Bi相图

Figure 6.真空热处理前后的相比例分析

Figure 7.MnBi/Co_xFe_1-x中的(BH)_max

Figure 8.高脚环形暗场的STEM图像和相应的能量扩散X射线谱图

Figure 9.FeCo合金结构表征

Figure 10.体相图

Figure 11.交换耦合纳米复合物表征

Figure 12.Hf-Co:Fe-Co交换耦合纳米复合物薄膜的表征

Figure 13.碳化钴纳米粒子的表征

Figure 14.磁滞回线和X射线衍射

【结论与展望】

含稀土元素的永磁体在工业上有着重要的应用，但由于稀土元素的资源较少，因而需要开发新的材料来解决这个问题。和含有稀土元素的永磁体相比，不含有稀土元素的永磁体通常具有较低的最大磁能积。但由于其成本较低，不含稀土元素的永磁体可以用在要求较低的应用上。因此开发不含稀土元素的永磁体可以填补市场应用的空缺。在过去的五年中，在改进不含稀土元素永磁体的微观结构和物理性质方面已经取得了很大的进步。

不含稀土元素的永磁体所存在的问题是大多数这类材料不同时具备较高的磁化强度和较高的矫顽力。较高的矫顽力可以通过改变磁晶各向异性、粒子尺寸和形状各向异性来实现，以及较高的剩余磁化强度要求较高的饱和磁化强度。在以上这些方面都有很多问题需要解决。

Current Progress and Future Challenges in Rare-Earth-Free Permanent Magnets

 (Acta Materilia, 2018, DOI: 10. 1016/j.actamat.2018.07.049)

本文由材料人学术组gaxy供稿，材料牛整理编辑。  

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