组分调控实现高软相占比SmCo/α-Fe(Co)纳米复合磁体的高磁能积突破

为解决传统SmCo磁体磁能积接近理论极限的难题，研究人员通过组分调控策略（添加Fe/Cu/Zr元素至硬相前驱体），成功制备出软相占比31 wt%的(SmCo7 +SmCo3 )/α-Fe(Co)三相纳米复合磁体。该材料兼具小晶粒尺寸（~9 nm）和硬相强织构（SmCo7 I(002) /I(111) =0.96），获得28.3 MGOe的创纪录磁能积，较传统双相体系提升51-66%，为高温永磁材料设计提供新思路。

　　

在航空航天和清洁能源领域，高性能永磁材料如同看不见的"能量枢纽"，承担着电能与机械能高效转换的关键使命。传统SmCo₅
和Sm₂
Co₁₇
磁体的磁能积已逼近理论极限，而理论上可达65 MGOe的纳米复合磁体（由硬磁相SmCo与软磁相α-Fe(Co)纳米复合组成）却长期受困于"三重矛盾"：提高软相含量会引发晶粒粗化，保持纳米尺度又难以实现硬相织构，优化织构则限制软相占比（通常<30 wt%）。此前报道的SmCo/Fe(Co)体系最高性能仅23.6 MGOe，且存在软相团聚（晶粒达20 nm）或各向同性等问题。

为突破这一瓶颈，中国科学院金属研究所等机构的研究人员独辟蹊径，提出"硬相前驱体合金化"的创新策略。通过向SmCo硬相前驱体引入Fe/Cu/Zr元素，成功制备出软相占比31 wt%的(SmCo₇
+SmCo₃
)/α-Fe(Co)三相纳米复合块体磁体，其28.3 MGOe的磁能积刷新领域纪录，相关成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。

研究团队采用高能球磨（HEBM）结合热压变形技术，通过Sm₂₅
Co_68-
x
Fe_x
Cu₄
Zr₃
（x=0-20 wt%）成分设计调控相演化。X射线衍射（XRD）和透射电镜（TEM）表征揭示，Fe的添加促进硬相中Co原子向软相扩散，而Cu/Zr抑制晶粒生长，实现α-Fe(Co)（31 wt%）、SmCo₇
（57 wt%）和SmCo₃
（12 wt%）三相纳米级均匀分布。

实验结果揭示三大突破：

1. 微观结构调控：获得平均晶粒尺寸~9 nm的超细组织，硬相织构度显著提升（SmCo₇
   的I₍₀₀₂₎
   /I₍₁₁₁₎
   =0.96，SmCo₃
   的I_{(00
   12
   )}
   /I₍₁₁₆₎
   =0.77），远超传统双相体系。
2. 磁性能飞跃：矫顽力H_ci
   达4.2 kOe，剩磁比M_r
   /M_s
   =0.93，磁能积28.3 MGOe比SmCo₇
   /α-Fe(Co)（18.7 MGOe）提升51%，较SmCo₃
   /Fe(Co)最高值（17 MGOe）提升66%。
3. 相演化机制：Fe的引入增强Fe-Co键结合能，球磨过程中形成均匀分散的Fe-Co化合物，避免软相团聚；Cu/Zr优化非晶基体结晶行为，实现三相协同生长。

这项研究开创性地通过"硬相组分设计-扩散调控-三相协同"新范式，解决了高软相含量与纳米结构控制的矛盾。其意义不仅在于创纪录的磁能积，更提供普适性材料设计策略：

1. 技术层面：证明合金元素协同添加可同时调控相组成、晶粒尺寸和织构度；
2. 理论层面：揭示Fe-Co键强对软相分散的关键作用，为其他纳米复合体系提供借鉴；
3. 应用层面：31 wt%软相含量下仍保持优异高温稳定性，满足航空航天器件对轻量化、高功率密度磁体的需求。

该工作将纳米复合永磁材料设计从"性能妥协"推向"协同优化"新阶段，为突破稀土永磁材料理论极限开辟可行路径。未来通过进一步优化三相比例和元素扩散动力学，有望实现40 wt%以上软相占比的更高性能材料。