6月11日，由中南大学、与德国马克斯普朗克钢铁研究所研究团队（通讯作者：中南大学张勇副教授）完成的关于烧结Sm2Co17型磁体中晶界沉淀相分布及其对域壁钉扎效应的影响的研究成果发表于《Journal of Materials Science & Technology》。该研究深入探究了烧结Sm2Co17型磁体中晶界沉淀相（GBPs）的取向依赖性分布及其对磁域壁钉扎效应的削弱作用。该研究成果不仅为理解此类高性能稀土永磁材料的微观结构与宏观性能关系提供了新的视角，也为磁体性能的优化与设计开辟了新路径。
论文的研究背景
材料特性：Sm2Co17型磁体因其高居里温度（约850°C）和优异的抗氧化性能而被认为是在高达550°C的高温应用中非常有前景的稀土永磁材料。
晶界的重要性：在稀土永磁材料中，晶界的结构和特性对磁畴壁的钉扎效应有重要影响，进而影响材料的磁性能。
晶界沉淀相（GBPs）：在具有强纤维织构的烧结Sm-Co和Nd-Fe-B永磁体中，GBPs的特性尚未得到充分理解。这些沉淀相的形成与分布可能与晶界几何形态和材料的微观结构密切相关。
磁性能优化：为了进一步提高烧结Sm2Co17型磁体的磁性能，需要对晶界结构和相关的沉淀相进行系统性研究，以优化其磁性和机械性能。
强纤维织构的影响：具有强纤维织构的烧结Sm2Co17型磁体展现出卓越的磁性能，但这种织构对GBPs的形成和分布可能有着复杂的影响。
微观结构与宏观性能的关联：深入理解微观结构特征，如GBPs和PFZs，与宏观磁性能之间的关系，对于开发具有更优性能的新型永磁材料至关重要。
实验技术的应用：为了探索这些复杂的微观结构特征，研究者采用了先进的材料表征技术，包括电子显微镜、第一性原理计算和磁光克尔效应观察等。
实验过程
对商业化的 VACOMAX 262HR（Vacuumschmelze GmbH）Sm2Co17型烧结磁体（圆柱形，直径和高度均为10×10毫米^3）的GBPs进行了详细分析。该磁体处于热退磁状态，名义成分是 Sm(CoBalFe23.5Cu4.9Zr1.7)7.5（原子百分比）。室温下Br为11.7kGs、矫顽力为11.1kOe、内禀矫顽力大于27kOe以及（BH）max为32.7MGOe。结果和讨论作者报告了对商业化的VACOMAX 262HR Sm2Co17型烧结磁体的晶界沉淀相(GBPs)和无沉淀区(PFZs)的观察结果。EBSD和SEM揭示了GBPs和PFZs的分布与晶界几何形态及与纹理方向的密切关系。特别是，他们发现随着晶界与{0001}晶面夹角的增大，连续的GBPs逐渐变为离散的，并且GBPs的厚度和PFZs的宽度都呈现出线性增加。进一步的TEM分析显示，GBPs由Cu富集的SmCo5和Zr富集的Smn+1Co5n−1 (n=2,3,4)化合物交替堆叠组成，而PFZs则由2:17R和中间相2:17R’组成。EDS和第一性原理计算揭示了Cu和Zr在GBPs中的具体位置，Cu主要存在于SmCo5的Co-2c位点形成SmCo3Cu2，而Zr则位于Smn+1Co5n−1中的Sm-6c位点。对GBPs形成机制的分析指出Z-板在晶界处作为GBPs生长的核心，通过从2:17R或中间相2:17R’到1:5H和Smn+1Co5n−1的转变，GBPs得以增厚。这一过程中，从晶粒内部到晶界的Sm、Cu和Zr的富集显著促进了GBPs的生长。此外，原位Fresnel Lorentz TEM成像技术被用来观察磁域壁在晶界处的分布情况。结果表明，PFZs是磁域壁的弱钉扎点，磁域壁在外加磁场作用下容易在晶界处移动。原位MOKE观察进一步揭示了晶界对磁体磁化反转行为的影响，发现磁化反转首先在晶界处发生，随后扩展到晶粒内部。总结本研究通过详细的电子显微镜观察、第一性原理密度泛函理论(DFT)计算和磁光克尔效应(MOKE)观察，探讨了具有强纤维织构的Sm2Co17型烧结磁体中的晶界沉淀相(Grain Boundary Precipitates, GBPs)及其相关的无沉淀区(Precipitation-Free Zones, PFZs)。总结如下：
磁体中GBPs的分布和PFZs的宽度严重依赖于晶界(Grain Boundaries, GBs)相对于纹理方向的几何形态。随着{0001}晶面和GBs之间角度的增大，连续的GBPs会变成离散的，同时，GBPs的厚度和PFZs的宽度会线性增加2.5到4倍。
GBPs是由富含Cu的SmCo5和富含Zr的Smn+1Co5n−1交替堆叠形成的。PFZs由2:17R和2:17R'相组成。在SmCo5中，Cu占据Co的2c位点形成SmCo3Cu2，而在Smn+1Co5n−1中，Zr位于哑铃状的Sm-6c位点，形成(Sm,Zr)n+1Co5n−1是有利的。GBPs具有[0001]GBPs//[0001]2:17R和[10̅1]GBPs//[21̅1̅0]2:17R的取向关系(Orientation Relationships, ORs)。
GBs处的Z板(Z-plates)作为GBPs生长的核心。随后，通过从2:17R或2:17R'向1:5H和Smn+1Co5n−1的转变，GBPs得以增厚。从晶粒内部到GBs的Sm、Cu和Zr的富集促进了GBPs的生长。{0001}晶面和GBs之间的角度越大，原子到达GBs的{0001}扩散通道就越多，导致离散且厚度较大的GBPs形成。
磁域壁(Magnetic Domain Walls)被GBPs所阻挡，特别是在低γ晶界的GBPs。PFZs是磁域壁的弱钉扎点(Weak Pinning Sites)。
通讯作者介绍
https://faculty.csu.edu.cn/zhangyong12/zh_CN/index.htm
附录信息
论文的发表日期：2024年6月11日
发表的期刊名称：Journal of Materials Science & Technology
论文标题：Orientation dependent grain boundary precipitate distribution and the weakened pinning effects on domain walls in sintered Sm2Co17-type magnet
论文作者：Yong Zhang, Kangjie Chai, Weisong Wu, Pengfei Wu, Qiankun Yang, Kefu Gan, Dingshun Yan, Zhiming Li
论文的DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.06.006
