钇的替代对钕铁硼结构改性与性能表征

作     者：张草欢 

作者单位：北京有色金属研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：张世荣;于敦波

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：快淬 交换耦合 热稳定性 稀土永磁材料 稀土添加 

摘      要：钕铁硼稀土永磁材料自发现以来,就以其优越的综合磁性能在电子产品、医疗器械、汽车工业、能源交通等多个领域得到广泛的应用。但随着技术的不断革新,对磁体的耐热性能要求也越来越高,因此,单一的Nd-Fe-B系永磁材料并不再满足市场需求;并且随着钕铁硼的产量和消费量逐年增加,作为原料的金属钕和常用添加剂金属铽镝消耗速度也越来越快,导致材料的成本逐年上升。因此,急需寻找能够替代这些稀缺资源的其他稀土金属,在改善钕铁硼耐热性能的同时,降低永磁材料的生产成本,从而满足市场需求和实现稀土资源的综合平衡利用。YFeB在一定的温度范围内有正的矫顽力温度系数,且常温下,居里温度略高于钕铁硼,这表明钇可以作为添加元素,通过适当工艺来实现钕铁硼耐热性能的改善。本文通过高真空单锟旋淬工艺用Y元素替代NdFeBNb中Nd元素,系统的研究了 NdYFeBNbi合金中钇元素对钕铁硼热稳定性及磁性能的影响规律。主要研究内容和结果如下:(1)对不同快淬样品DSC分析表明,随着钇原子量x的增加,快淬带晶化峰不断右移,说明钇元素的替代使非晶带材热稳定性增强,有助于非晶的形成。而对快淬样品XRD分析结果表明,所有样品除含有少量软磁相FeB外,其余衍射峰均为2:14:1硬磁相,且随着钇原子量x的增加,主相衍射峰不断向小角度偏移。研究表明,其主要原因是钇取代钕进入了四方主相,从而导致基体主相晶格常数发生变化。(2)随着钇含量x的增加,快淬带矫顽力不断降低,这是由于钇进入四方相,导致了硬磁相各向异性场的减小。但钇的替代并未使剩磁和磁能积下降,相反,一定含量的Y替代Nd元素,会产生剩磁增大效应。本文在钇原子量x为1时,得到了含钇样品最佳的磁性能:Hcj=11.41kOe,(BH)=16.23MGOe。相较于初始不含钇元素的母合金,磁能积增大了8.2%,Henke1曲线表明,这主要归因于钇的加入促进了相邻晶粒间软硬磁相交换耦合作用的产生。快淬样品的TEM图表明:适量钇的加入也使晶粒得到细化,在钇原子量x为1时,快淬带平均晶粒尺寸由最初的59.78nm变为38.44nm,并且所有含钇样品形貌更加均匀。(3)不同钇含量下的粘结磁体经150℃,350h时效处理后,磁通损失发生了不同变化。其中,在不含钇元素的磁体中,经350h热退磁后磁通损失为2.739%,而用0.5at%和1.0at%钇元素替代钕铁硼中钕元素,粘结磁体磁通损失较初始磁体明显降低,相应的磁通损失分别为2.124%、2.466%,说明钇的添加使粘结磁体的时效稳定性升高。(4)随着钇含量不断的增加,粘结磁体磁性温度系数不断降低,即钇的加入改善了磁体的耐热性能;矫顽力温度系数β由最初的不含钇元素-0.3198%/℃(x=0)变化为-0.157%/℃(x=5.5),相应的剩磁温度系数α由最初的-0.40%/℃变为-0.32%/℃。本文采用真空旋淬法对另一体系(Nd,Ce,Y)FeBNb进行了Y,Ce双元素替代。研究发现:钇的加入能在较低轮速18m/s下形成完全非晶,而钇元素不存在时,所得样品存在部分晶态,表明钇元素能促进非晶的形成。在只添加Ce元素的情况下,并不能使磁体温度系数降低,即其热稳定性并未得到改善;而钇元素的加入,使粘结磁体的矫顽力温度系数下降明显,可有益于其耐热性能的提高。