Acta Materialia綜述帶你了解無稀土永磁體的發展與未來

【引言】

永磁體是電動機和發電機的重要組成部分。永磁體的很多主要性質，包括矯頑性和剩余磁化強度，與材料的微觀結構密切相關。深入了解冶金過程、相穩定性和材料微觀結構變化，對于永磁體的設計和提高十分重要。在電子設備中的牽引馬達和風力渦旋機的發電機中所使用的永磁體包含稀土元素Nd和Dy。Dy可以在較高的溫度下維持NdFeB的矯頑性。由于Dy和Nd這類的稀土元素的供應十分有限，這些稀土元素已經被美國能源部等其他國際機構列為關鍵材料。除了Dy，較細的晶粒尺寸也被發現在高溫下維持矯頑力有好的效果。對相穩定性和微觀結構的控制對稀土元素供應困難的問題會有直接的影響。和含有稀土元素的永磁體相比，不含有稀土元素的永磁體通常具有較低的最大磁能積。但由于其成本較低，不含稀土元素的永磁體可以用在要求較低的應用上。因此開發不含稀土元素的永磁體可以填補市場應用的空缺。在過去的五年中，在改進不含稀土元素永磁體的微觀結構和物理性質方面已經取得了很大的進步。

【成果簡介】

美國艾姆斯實驗室在Acta Materialia上，發表了題為"Current Progress and Future Challenges in Rare-Earth-Free Permanent Magnets"的綜述。在這篇綜述中，作者總結了各種類型不含稀土元素的材料在永磁體上的應用。這些材料體系包括基于Mn的材料，磁晶各向異性合金，Alnico，FeNi/FeCo，氮化物/碳化物體系等等。除此之外，這些材料的研究現狀，存在問題和未來發展也在文章中詳細討論。

【圖文導讀】

Figure 1.商業永磁體的(BH)_max的溫度依賴

Figure?2.稀土元素氧化物在過去八年中的價格

Figure?3.Mn-Al合金體系的相圖

Figure?4.τ-Mn_xAl_100-x和τ-Mn₅₄Al₄₆C_y復合物的居里溫度，室溫飽和磁化強度和室溫各向異性場

Figure?5.Mn-Bi相圖

Figure?6.真空熱處理前后的相比例分析

Figure?7.MnBi/Co_xFe_1-x中的(BH)_max

Figure?8.高腳環形暗場的STEM圖像和相應的能量擴散X射線譜圖

Figure?9.FeCo合金結構表征

Figure?10.體相圖

Figure?11.交換耦合納米復合物表征

Figure?12.Hf-Co:Fe-Co交換耦合納米復合物薄膜的表征

Figure?13.碳化鈷納米粒子的表征

Figure?14.磁滯回線和X射線衍射

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【結論與展望】

含稀土元素的永磁體在工業上有著重要的應用，但由于稀土元素的資源較少，因而需要開發新的材料來解決這個問題。和含有稀土元素的永磁體相比，不含有稀土元素的永磁體通常具有較低的最大磁能積。但由于其成本較低，不含稀土元素的永磁體可以用在要求較低的應用上。因此開發不含稀土元素的永磁體可以填補市場應用的空缺。在過去的五年中，在改進不含稀土元素永磁體的微觀結構和物理性質方面已經取得了很大的進步。

不含稀土元素的永磁體所存在的問題是大多數這類材料不同時具備較高的磁化強度和較高的矯頑力。較高的矯頑力可以通過改變磁晶各向異性、粒子尺寸和形狀各向異性來實現，以及較高的剩余磁化強度要求較高的飽和磁化強度。在以上這些方面都有很多問題需要解決。

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

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

本文由材料人學術組gaxy供稿，材料牛整理編輯。 ?

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