含有少量稀土元素的磁铁

日本国家材料科学研究所和东北大学已经开发出各向异性Sm(FE0.8co0.2)薄膜,掺杂硼,只含有少量稀土元素。该化合物具有1.2特斯拉力,足以用于汽车发动机。

这种薄膜是通过创造一种独特的颗粒纳米结构来实现的,在这种结构中,钐12颗粒均匀地涂有约3纳米厚的非晶态晶界。即使加工成薄膜,该化合物的磁性也优于基于Nd-Fe-B(NdFeB)的磁体。

对有助于减少二氧化碳排放的绿色技术(如用于环保汽车和风力涡轮机的电机)的需求不断增长,导致对此类技术所需的高性能永磁体的需求迅速增加。

目前,基于钕铁硼烧结的磁铁不仅包括稀土元素钕,还包括重稀土元素镝。由于获取此类材料存在地缘政治风险,因此有必要开发不依赖此类稀有元素的新型磁铁。基于各向异性钐铁12(SmFe12)的化合物含有较少的稀土元素,有可能成为下一代永磁体的候选材料。

2017年,国家材料科学研究所证实钐铁钴化合物(Sm(Fe0.8Co0.2)12)在磁化强度、磁晶各向异性和居里温度等重要磁性参数方面优于钕磁体。然而,以前的研究发现,这类化合物的矫顽力(实用磁铁的另一个重要参数)不足。

相反,该团队关注的是具有高矫顽力的高性能钕磁体具有多相微结构,其中Nd2Fe14B微晶沿一个方向排列,并单独包裹在约3纳米厚的非晶相中。然后,研究小组试图开发一种类似的微观结构,其中钐(Fe0.8Co0.2)12晶粒均匀地包覆在一个薄的非晶相中。

在这个项目中,研究小组将钐(Fe0.8Co0.2)12与硼混合以产生纳米颗粒结构,其中钐(Fe0.8Co0.2)12纳米颗粒均匀地涂有3纳米厚的非晶相。此外,该化合物具有各向异性的颗粒微观结构,与其他基于SmFe12的各向同性颗粒微观结构相比,产生了更大的残余磁化强度。

结果表明,该化合物的磁化率为1.2特斯拉,剩余磁化强度为1.5特斯拉,远高于以前开发的基于SmFe12的磁性化合物。这种钐(Fe0.8Co0.2)的化合物12具有各向异性多相微观结构,即使加工成薄膜,它仍然具有高矫顽力。它可以作为一种比钕磁体性能更好的新型磁体使用。

先前开发的各向异性钐(Fe0.8Co0.2)12化合物的意识明显低于本研究中开发的化合物。本研究发现的高矫顽力化合物的潜在机理也适用于块状磁铁,从而开发出一种实用的高矫顽力各向异性钐(Fe0.8Co0.2)12磁体。

含有少量稀土元素的磁铁