论文标题：Microstructure and Magnetic Properties of Ce14Fe78Co2B6 Nanopowders Prepared by Ball Milling at Low Temperature

期刊：Magnetochemistry

作者：Marian Grigoras et al.

发表时间：10 December 2021

DOI：10.3390/magnetochemistry7120160

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期刊链接：

https://www.mdpi.com/journal/magnetochemistry

研究背景

粉末的粒径是影响磁铁磁性能极其重要的参数之一，磁粉的矫顽力 (H_c) 很大程度上取决于晶粒尺寸和形态，当晶粒尺寸达到纳米级时可得到具有高矫顽力的高性能磁体[1, 2]。Chakka等学者采用表面活性剂辅助球磨 (SABM) 方法[3]制备的颗粒尺寸小于30 nm，然而在表面活性剂的洗涤去除过程中，粉末很容易被氧化。本研究提出了一种制备磁性材料的新方法，采用低温球磨法制备具有良好磁性的Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆纳米粉末。

研究方式及内容

纳米粉体制备

采用熔纺技术制备Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆片材，随后在680 °C真空中退火20 min，得到结晶片材。将片材预处理切碎至尺寸小于400 μm (粗粉)，随后分别将5克粗粉放入球磨机的两个小瓶中，用于低温和室温球磨，两组样品研磨时长均为6小时。

X射线结构

对粉体的X射线衍射 (XRD) 研究表明，室温下随着研磨时间的增加，样品易被氧化形成稀土氧化物Ce₂O₃ (图1a)。而在低温研磨过程中，液氮的存在使样品得到了更有效的保护，从而避免了氧化，只形成了Ce₂(FeCo)₁₄B和CeFe₂相的混合物 (图1b)，主相Ce₂(FeCo)₁₄B的衍射峰强度随时间增加并未发生明显降低。

图1. 在室温 (a) 和低温 (b) 下研磨的Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆粉末的XRD图谱。

粉体形貌和粒径

研磨2小时，室温和低温研磨粉末的形态存在一定的相似性 (图2a和2c)，差异仅出现在粉末的大小上。室温下研磨的颗粒具有2.3 μm或更小的尺寸，而在低温下研磨的颗粒具有530 nm或更小的尺寸 (图3)。研磨6小时 (图2b和2d)，两种粉末的形态之间存在明显差异，低温下研磨的粉末呈现出更光滑的外观。

图2. 在室温 (a,b) 和低温 (c,d) 下球磨2小时和6小时制备的Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆粉末的扫描电子显微镜 (SEM) 图。

图3. Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆粉末在室温和低温下球磨不同时间的平均粒径。

磁性测量

图4显示了在低温和室温下制备的粉末在不同研磨时间下的滞后曲线。所有环都呈现出类似单相的磁化行为，这表明颗粒中没有第二磁相，除了Ce₂(FeCo)₁₄B主相外，还形成了第二个CeFe₂相 (在230 K以上为顺磁性[4])。随着研磨时间的增加，室温下制备样品的饱和磁化强度和矫顽力均降低。例如，具有2.3 μm以下颗粒、850 nm颗粒和460 nm颗粒的粉末饱和磁化强度分别为112、101和87 emu/g，矫顽力分别为5.62、3.51和2.48 kOe。与在室温下制备的样品相比 (图4d)，在低温下制备的粉末在矫顽力、剩磁和饱和磁化强度方面降低得更少，从而保持了原材料的硬磁特性。因此，该结果表明，低温研磨有利于更好的实现纳米尺寸粉末的磁性能。

图4. Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆粉末在低温和室温下研磨 (a) 2小时、(b) 4小时、(c) 6小时的磁滞回线，以及 (d) Hc和Ms随研磨时间的变化。

低温球磨作为永磁体高性能粉末的技术应用前景

在室温和低温液氮中使用球磨方法成功制备Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆纳米粉体。低温球磨由于具有制备粉末粒度更小以及保护颗粒免受氧化的优点，使得低温研磨的Ce₁₄Fe₇₈Co₂B₆粉体具有更好的磁性。经过6小时的低温球磨，获得了尺寸约为153 nm的粉体，其矫顽力和饱和磁化强度高达5.1 kOe和113 emu/g。低温球磨可能成为一项用于制备永磁体高性能粉末的有前景的技术。

原文出自Magnetochemistry期刊

Grigoras, M.; Lostun, M.; Borza, F.; Porcescu, M.; Stoian, G.; Lupu, N. Microstructure and Magnetic Properties of Ce14Fe78Co2B6 Nanopowders Prepared by Ball Milling at Low Temperature. Magnetochemistry 2021, 7, 160.

参考文献：

1. Skomski, R.; Coey, J.M.D. Giant energy product in nanostructured two-phase magnets. Phys. Rev. B 1993, 48, 15812–15816. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.48.15812.

2. Fukada, T.; Matsuura, M.; Goto, R.; Tezuka, N.; Sugimoto, S.; Une, Y.; Sagawa, M. Evaluation of the Microstructural Contribution to the Coercivity of Fine-Grained Nd–Fe–B Sintered Magnets. Mater. Trans. 2012, 53, 1967–1971, http://dx.doi.org/10.2320/matertrans.MAW201207.

3. Chakka, V.M.; Altuncevahir, B.; Jin, Z.Q.; Li, Y.; Liua, J.P. Magnetic nanoparticles produced by surfactant-assisted ball milling. J. Appl. Phys. 2006, 99, 08E912. https://doi.org/10.1063/1.2170593.

4. Zhang, M.; Liu, Y.; Li, Z.; Peng, L.; Shen, B.; Hu, F.; Sun, J. Magnetization process of nanocrystalline mischmetal-Fe-B ribbons. J. Alloys Compd. 2016, 688, 1053–1057. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2016.07.098.

Magnetochemistry期刊简介

主编：Carlos J. Gómez García, Universidad de Valencia, Spain

期刊主要覆盖磁性的所有领域，特别关注磁性材料的设计、合成、表征及其结构和性质关系的研究。

2020 Impact Factor: 2.193

5-Year Impact Factor: 2.313

Time to First Decision: 15.6 Days

Time to Publication: 38 Days