烧结Nd-Fe-B磁体晶粒细化及晶界改性研究

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	烧结Nd-Fe-B磁体晶粒细化及晶界改性研究
	丁广飞
刊名	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
	2017
页码	121
关键词	Nd-fe-b 晶粒尺寸矫顽力晶界微观结构
产权排序	中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所)
英文摘要	随着风力发电、节能家电、混合动力汽车等新兴绿色产业快速发展,对Nd-Fe-B磁体的矫顽力及耐温性能提出了更高的要求。解决高矫顽力Nd-Fe-B磁体重稀土依赖性问题,实现稀土资源的高效利用是当前Nd-Fe-B永磁材料研究的重要目标。优化和调控磁体微观结构是改善磁体矫顽力的重要途径,主要包括晶粒细化和晶界优化两种技术手段。本文通过引入HDDR(氢化-歧化-脱氢-再复合)工艺实现对初始合金组织的细化,开发出晶粒尺寸1μim的烧结Nd-Fe-B永磁材料,系统研究了磁体微观组织结构、磁畴结构以及磁行为随晶粒尺寸的演变规律,阐明微观组织与磁体稳定性的内在联系。在晶界调控方面,本文通过合理设计Nd-Fe-B速凝合金成分,深入认识前驱合金中晶界成分偏析行为对磁体晶界相结构的影响机制,优化关键工艺调控前驱合金的相结构,成功实现对磁体中富钕晶界相分布的优化和晶界属性的调控,获得无重稀土高矫顽力42SH烧结Nd-Fe-B磁体。主要研究内容及结果如下:研究超细晶烧结Nd-Fe-B的关键制备技术及其微观结构。利用HDDR工艺对初始合金细化的特点实现了超细磁粉颗粒的制备,磁粉具有较强的单轴各向异性。系统分析成分设计和烧结制度对磁体致密化行为的影响,最终在31.5wt%以上的稀土量设计和950℃以下的低温烧结制度下实现晶粒尺寸1μm的烧结磁体的制备,矫顽力达到18.2kOe。对比传统烧结磁体的畴结构和磁学行为发现,超细晶烧结磁体中多畴态晶粒比例降低,单畴态晶粒比例增高。单畴态的晶粒需要更高的磁场才能实现完全磁化,两种畴态晶粒磁化行为的非协调性使得磁化曲线产生台阶。磁体微观结构分析表明,超细晶磁体存在较多非理想晶界结构:晶界厚度较薄(～1.5nm);部分晶粒间晶界缺失;晶粒间互生长。形成较多的晶格缺陷区域降低主相晶粒的形核场,引起非均匀退磁和矫顽力恶化。超细晶烧结磁体非均匀晶界结构造成其室温矫顽力未具有明显优势,但较细的晶粒组织结构有效的优化了磁体的退磁因子Neff,使其具有较好温度稳定性。此外,细晶粒磁体较窄的晶界通道和较小的腐蚀单元,抑制了晶界腐蚀。设计并制备了具有低B含量Ga添加成分特点的烧结Nd-Fe-B磁体,研究磁体晶界磁性演变规律及其对矫顽力的影响机制。首先通过低B含量设计有效优化了速凝合金的柱状晶结构,一定的Ga元素的引入使得磁体在回火处理过程中晶界处形成具有反铁磁性的Nd6,Fel3Ga合金相,有效优化了磁体的晶界相分布。其次通过优化调整初始合金的脱氢工艺,有效调节其晶界的成分偏聚及相结构,实现对磁体晶界磁性的调控。初始合金的微观结构分析表明,脱氢温度高于500℃时,速凝合金中出现大量的Nd6Fe13Ga合金相,且晶界成分偏析严重;脱氢温度低于500℃时,速凝合金晶界成分均匀,未有新的物相形成。前驱速凝合金中晶界成分分布和相结构的差异造成了晶界磁性的差异性。热磁分析表明晶界成分偏析的前驱合金制备的磁体晶界具有较高的铁磁特性,主要是源于成分偏析引起的Fe元素在回火过程的非均匀迁移行为。磁体晶界磁性与磁体的矫顽力及磁学行为也有着密切关联性:晶界成分的非均质化造成磁体中晶界磁性呈现两极分化,磁体具有非均匀反磁化形核过程,造成磁体矫顽力较低,方形度较差;相应地,均匀的晶界成分的磁体磁化过程存在一定的晶界钉扎作用,反向形核场分布集中,表现为均匀的单相反磁化行为,磁体磁性能为:Br=13.15kGs,Hcj=19.78kOe,BHmax=42.47MGOe。此外,对磁体温度稳定性研究发现,铁磁性的晶界相一方面会降低磁体αex值大小,造成常温条件下较低的矫顽力,另一方面增强的晶界交换作用能有效降低晶粒边角区域的杂散场,优化磁体的退磁因子Neff,使得室温矫顽力较低的磁体反而具有较佳的温度稳定性。
公开日期	2018-12-04
内容类型	期刊论文
源URL	[http://ir.nimte.ac.cn/handle/174433/16701]
专题	2017专题
推荐引用方式 GB/T 7714	丁广飞. 烧结Nd-Fe-B磁体晶粒细化及晶界改性研究[J]. 中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),2017:121.
APA	丁广飞.(2017).烧结Nd-Fe-B磁体晶粒细化及晶界改性研究.中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所),121.
MLA	丁广飞."烧结Nd-Fe-B磁体晶粒细化及晶界改性研究".中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) (2017):121.