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大满贯电玩城00856:上海交大材料基因组团队在钕铁硼磁体的高温塑性变形方面取得重要进展

2022-12-05 396

近日,大满贯电玩城00856材料基因组团队在国际金属材料领域顶刊《Acta Materialia》在线发表了关于钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体高温塑性变形的最新研究成果。论文题目为“Orientation dependence of plastic deformation of sintered Nd-Fe-B magnets at high temperature”(https://doi.org/10.1016/j.actamat.2022.118559),大满贯电玩城00856博士生刘梅为该论文第一作者,张澜庭教授和赵冰冰博士为该论文的共同通讯作者,赵冰冰同时是日本大阪大学的特任副教授。该研究针对钕铁硼中长期未解的高温塑性变形机理问题,通过系统的实验设计,首次在钕铁硼中观察到了位错,从实验上证实了长期以来关于(001)面是Nd2Fe14B四方晶系滑移面的推测。

钕铁硼是目前性能最高的永磁材料,号称“磁王”,对电动/混合动力汽车、风力发电为代表的新能源领域器件的小型化、轻量化和高性能化具有重要作用。自1983年首次报道以来,国内外对烧结磁体、热变形磁体和粘接磁体进行了广泛深入的研究。然而关于其塑性变形的机理探讨,尚停留在早期的理论推测和有限的实验结果水平,关于四方晶系的滑移体系尚不明确。热变形纳米晶磁体中,其变形温度低(600~800C)、晶界相占比高,不利于研究Nd2Fe14B四方相的变形行为。因此有必要在高温下(>1000C)利用烧结磁体的微米级晶粒减小晶界相的干扰进行系统研究。

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为探索Nd2Fe14B晶粒中可能存在的位错滑移体系并尽可能减少晶界相的影响,选用平均晶粒尺寸为5 μm的烧结Nd-Fe-B磁体作为研究对象,系统改变磁体c轴与载荷的夹角(各向同性、0、45和90),分析在高于1000℃下压缩变形后Nd2Fe14B晶粒的形貌、尺寸、微观缺陷及取向变化,发现当磁体的c轴与载荷方向成45时,在1100℃变形10%后的样品中首次观察到了短直的位错阵列躺在Nd2Fe14B晶粒的(001)面上,从实验上证实了(001)面为Nd2Fe14B四方晶系的滑移面,与长期理论推测的相符,而且位错的间距与EBSD中观察到的晶粒在晶界边缘的局域取向差吻合,证明是几何必需位错(GND)。

图1 位错协助的烧结Nd-Fe-B磁体在1100℃塑性变形微观组织变化图

研究中还发现,微米晶磁体高温变形的表观激活能远高于纳米晶磁体,1100℃高温压缩变形50%后,磁体中Nd2Fe14B晶粒的c轴都倾向于转动至和压力方向平行,这与热变形纳米晶磁体中观察到的现象相符。Nd2Fe14B晶粒变形后形貌与晶粒的取向分布亦与磁体c轴与载荷的夹角有关,当磁体的c轴与压力方向成0°和45°时,变形后的晶粒明显被“压扁”,其他取向的晶粒变形后仍是等轴状。取决变形前磁体c轴相对于压力的取向,Nd2Fe14B晶粒在高温下的转动可通过晶界滑动协助或位错协助完成。

审稿人高度评价这项工作,指出本研究通过精心设计的实验,重新审视了烧结Nd-Fe-B磁体在>1000℃高温下的变形机理,探索了Nd2Fe14B中可能存在的滑移体系,首次从实验上证实了关于(001)为滑移面的长期推测,且发现了有趣的晶粒织构和形貌的演变,加深了对Nd2Fe14B晶粒高温变形机理的理解。

本研究工作得到了国家重点研发计划和日本科学技术振兴机构(JST)樱花计划的资助。

文稿:刘梅

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