Nd-RE-Fe-Co-B-（Cu）（RE=Ce,La,Pr）永磁合金磁性能和微观结构的研究

作     者：朱佳鑫 

作者单位：上海大学 

学位级别：硕士

导师姓名：谭晓华

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：稀土永磁合金 磁性能 微观结构 晶间相 

摘      要：Nd-Fe-B稀土永磁材料因其优异的磁性能已广泛地应用在新能源、交通和电子通讯等领域。虽然,加入重稀土元素（如Dy、Tb）能够提高Nd-Fe-B合金的磁性能,但是重稀土资源的储量匮乏且价格昂贵,这使得研发价格低廉且性能优异的Nd-Fe-B合金尤其重要,而优化微观结构是提高这一类合金磁性能的有效方法。本文首先研究了Nd10.23RE2.56Fe69.77Co11.63B5.81（RE=Ce,La,Pr）合金的磁性能和微观结构,重点分析用Ce、La和Pr部分取代Nd后引起的晶粒尺寸、形状和晶间相等微观结构的变化,以及对磁性能的影响机制。随后,选取了综合磁性能最佳的RE=Pr合金,通过调节Cu含量和快淬速度来优化(Nd10.23Pr2.56Fe69.77Co11.63B5.8)100-xCux（x=0.5,1.0,1.5,2.0）合金的微观结构,探究其磁性机理,从而调控合金的磁性能。本文得到的主要结论如下:（1）Nd10.23RE2.56Fe69.77Co11.63B5.81（RE=Ce,La,Pr）合金中都含有RE2Fe14B（2:14:1）相。虽然Ce、La、Pr部分取代Nd没有改变合金的相组成,但是TEM结果显示其改变了合金的微观结构。在RE=Ce合金中的晶粒形状多为长条形,其平均晶粒尺寸为51±1 nm,而RE=La合金和RE=Pr合金的晶粒为等轴晶,其平均晶粒尺寸分别为21±1 nm和19±1 nm。这说明La和Pr部分取代Nd后可以减小合金的晶粒尺寸。另外,在RE=Ce合金中的2:14:1晶粒之间存在铁磁性晶间相,并且有稀土Nd元素的偏聚。但是,在RE=La合金和RE=Pr合金中没有观察到晶间相。（2）在Nd10.23RE2.56Fe69.77Co11.63B5.81（RE=Ce,La,Pr）合金中,RE=Ce合金具有最大的矫顽力（Hci=1090 k A/m）,这主要是因为该合金中的晶粒之间存在厚度约10 nm的铁磁性晶间相,大于其铁磁交互作用长度（2.93 nm）,降低了晶粒之间的铁磁交互作用。在RE=Pr合金和RE=La合金中不存在晶间相的情况下,RE=Pr合金的铁磁交互作用长度分别为1.98 nm,高于RE=La合金的1.56 nm,说明RE=Pr合金中晶粒之间的铁磁交互作用高于RE=La合金,有助于提高合金的剩磁。因此,RE=Pr合金具有最佳的综合磁性能,即:Hci=896 k A/m;Br=0.91 T;（BH）max=141 k J/m3。（3）(Nd10.23Pr2.56Fe69.77Co11.63B5.8)100-xCux（x=0.5,1.0,1.5,2.0）合金在不同快淬速度下都含有RE2Fe14B（2:14:1）相。当快淬速度为15 m/s时,x=0.5合金具有最大的矫顽力（Hci=1260 k A/m）,比不含Cu的合金（x=0合金）的矫顽力增加了40%。这主要是微观结构的变化造成的。x=0合金中的晶粒多为等轴晶,而x=0.5合金的晶粒形状多为长条形,这会增加晶粒的长宽比,有利于增加合金的矫顽力。另外,在x=0合金中没有观察到晶间相,而在x=0.5合金中含有铁磁性晶间相,并且有Nd、Pr和Cu元素的偏聚。这会降低晶粒之间的铁磁交互作用,从而增加合金的矫顽力。（4）当快淬速度为18 m/s时,(Nd10.23Pr2.56Fe69.77Co11.63B5.8)98.5Cu1.5合金具有最高的剩磁（Br=0.92 T）,这与合金的晶粒尺寸、晶粒形状和晶间相有关。x=1.5合金的晶粒细小且分布均匀,并且在晶粒之间含有铁磁性晶间相,Co、Pr和Cu元素在晶间相和2:14:1晶粒的界面上富集。这会导致晶格畸变并促进反磁化畴的成核,从而提高合金的剩磁。这些研究表明:通过调节Cu含量和快淬速度可以优化(Nd10.23Pr2.56Fe69.77Co11.63B5.8)100-xCux（x=0.5,1.0,1.5,2.0）合金的微观结构,进而调控合金的磁性能。