咸宁学院学报
中华印刷通史作者姓名: 李锐
指导教师: 沈保根、赵同云研究员
中国科学院物理研究所
学位类别: 理学博士
学科专业: 凝聚态物理
培养单位: 中国科学院物理研究所
2018年6 月
Magnetic properties, mechanism of coercivity, and machine learning approach of melt-spun high abundant rare-earth based
magnets
A dissertation/thesis submitted to
University of Chinese Academy of Sciences
in partial fulfillment of the requirement
for the degree of
Doctor of Philosophy
in Condensed matter physics
By
Li Rui
Supervisor :Shen Baogen, and Zhao Tongyun
Institute of Physics
Chinese Academy of Sciences
June 2018
中国科学院大学
研究生学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明或致谢。
作者签名：
日期：
中国科学院大学企业社交网络
学位论文授权使用声明
本人完全了解并同意遵守中国科学院有关保存和使用学位论文的规定，即中国科学院有权保留送交学位论文的副本，允许该论文被查阅，可以按照学术研究公开原则和保护知识产权的原则公布该论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编本学位论文。
涉密及延迟公开的学位论文在解密或延迟期后适用本声明。
作者签名：导师签名：
日期：日期：
摘要
摘要
利用镧（La）、铈（Ce）、钇（Y）等高丰度稀土元素部分替代稀土铁硼永磁体（永磁相为R2Fe14B；R为稀土）中的镨（Pr）、钕（Nd）等紧缺稀土元素，不仅有利于提高磁体的性价比，也有利于节约稀土资源，缓解稀土元素的应用不平衡现象。由于永磁材料是对显微结构极为敏感的功能性材料，而不同的稀土元素所形成的R2Fe14B在原子占位、结晶动力学和显微结构特征，饱和磁化强度、磁晶各向异性和居里温度等磁性参数，以及制备和热处理工艺等方面均存在显著的差异，因此，系统地研究磁体的相结构、永磁性能、显微结构随成分的变化规律与磁硬化机制，以及矫顽力温度稳 定性的调控，既是当前稀土永磁材料研究的重要基础科学问题，也是高丰度稀土永磁材料在应用中改善性能和优化工艺的实际问题。
本文首先分别利用实验和机器学习两种方法对高丰度稀土永磁材料的性能与成分的关联关系进行了比较系统的研究，其次利用微磁学数值分析的方法详细讨论了永磁材料矫顽力及其温度稳定性的机理，这些结果将对高丰度稀土永磁材料的性能—成分设计和永磁材料的显微结构优化具有重要的参考价值。
本文的主要研究内容和结论包括：
利用溶体快淬技术研究了MM x Fe100-x-y B y快淬磁体（MM：混合稀土元素，成分为La28.3Ce50.5Pr5.2Nd15.7）的永磁性能，成功设计并制备了综合永磁性能优异的MM13.5Fe79.5B7快淬磁体，其矫顽力为660.8 kA/m (8.3 kOe)，剩磁为0.72 T (7.2 kGs)，最大磁能积为82 kJ/m3 (10.3 MGOe)；在此基础上，通过钴元素（Co）替代Fe有效地提高了磁体的温度稳定性，其中，MM13.5Fe67.5Co12B7快淬磁体在300 K～400 K之间的剩磁温度系数α为-0.125 %/K，与Nd2Fe14B的-0.124 %/K相当，而矫顽力温度系数β优于Nd2Fe14B的-0.347 %/K，达到-0.334 %/K。
通过重构永磁材料矫顽力温度系数与内禀磁性和显微结构之间的关系，实现了直接、清晰地解构磁体的晶粒尺寸、取向度、磁晶各向异性等与矫顽力温度稳定性之间的相关性，为低温度系数高矫顽力磁 体的设计和制造提供了简单易行的理论分析与预测方法。
高丰度稀土快淬磁体的永磁性能、机理和机器学习研究中国科学院大学博士学位论文
利用机器学习方法成功破解了含La、Ce快淬磁体矫顽力和最大磁能积与材料成分之间的非线性关系，并构建了材料性能预测模型。在所使用的线性回归、回归决策树、支持向量机和梯度提升树四种建模方法中，以梯度提升树算法的预测准确性最高，其矫顽力和最大磁能积的拟合优度分别为0.895和0.905，而相应的预测误差分别为82.8 kA/m (1.04 kOe)和9 kJ/m3 (1.13 MGOe)。基于此梯度提升树算法模型创建了高维成分空间的虚拟材料库，对材料的“成分—性能—价格”进行了初步预测分析。以“稀土总含量（REs）”和“Ce相对含量（Ce_p）”两个变量为例，构建了成分为(PrNd1-Ce_p Ce Ce_p)REs Fe93-REs TM1B6（TM为Zr、Nb、Ga或Ti元素）磁体的矫顽力和最大磁能积的虚拟数据集；并以粘接磁体常用矫顽力为875 kA/m（11 kOe）的含Ce磁体设计为例，给出一系列满足性价比要求的磁体成分，例如，(Nd0.7Ce0.3)13Fe80TM1B6、(Nd0.5Ce0.5)14Fe79TM1B6、(Nd0.3Ce0.7)15Fe78TM1B6等。
利用微磁学有限元数值分析方法模拟了具有不同显微结构特征永磁体的反磁化过程，以Nd2Fe14B作为具体材料，系统研究了永磁材料矫顽力及其温度稳定性与晶粒尺寸、表面缺陷层厚度和错取向以及晶界等显微参数之间的关系。已有结果表明，减小晶粒尺寸、增大软磁性表面缺陷层厚度或晶界尺度、减少造成局域杂散场的非磁性缺陷等，都将有利于增强磁体矫顽力的温度稳定性。
西方哲学论文由晶粒尺寸增大引起的静磁效应增强是矫顽力降低的主要原因。随着晶粒尺寸的增大，磁体的反磁化行为在13 nm附近发生从一致转动向非一致转动过程的转变；矫顽力从接近一致转动的磁晶各向异性场迅速降低，在小于100 nm的范围内随晶粒尺寸呈幂指数方式降低，而在大于100 nm之后随晶粒尺寸呈对数方式降低。同时，磁体的矫顽力温度系数β随着晶粒尺寸的增大呈现接近对数形式的下降趋势。
重庆华亚晶粒表面的软磁性缺陷层的厚度决定了磁体反磁化过程的行为特征。磁体矫顽力与错取向之间的依赖关系表明，随着缺陷层厚度的增大，磁体的反磁化行为发生从S-W模型的“成核型”向Kondorsky模型的“钉扎型”转变；在缺陷层厚度小于2 nm时，磁体矫顽力等于软磁性缺陷层的成核场，与厚度的平方呈倒数关系，而在大于2 nm时，则等于畴壁在软硬磁相界面处的去钉扎场，并与缺
木结构工程施工质量验收规范
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议