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纳米晶混合稀土磁体微结构与磁性能研究

纳米晶混合稀土磁体微结构与磁性能研究

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作者：胡宇霆江西理工大学

学位级别：硕士

Nd-Fe-B作为应用最广的一种永磁材料,其价格一直被备受关注。镨、钕作为其主要的稀土原料,价格的波动影响着磁体的制备成本。因此,将廉价的高丰度稀土元素合理的应用在稀土永磁材料中,成为了当今急需解决的问题。混合稀土(MM)作为稀土... 详细信息

Nd-Fe-B作为应用最广的一种永磁材料,其价格一直被备受关注。镨、钕作为其主要的稀土原料,价格的波动影响着磁体的制备成本。因此,将廉价的高丰度稀土元素合理的应用在稀土永磁材料中,成为了当今急需解决的问题。混合稀土(MM)作为稀土原矿最初的分离产物以及其远低于镨、钕的市场价格,被认为具有很高的应用潜质。本文结合放电等离子烧结技术(SPS)和低熔点合金的晶界添加技术,制备出了混合稀土热压和热变形磁体,并通过磁性能和微结构表征对磁性能的变化机理做出了详细解释。本文使用的快淬磁粉为高镧、铈含量的混合稀土磁粉,其成分为MMFeZrB(MM=23.8 wt.%La,47.7 wt.%Ce,7.1 wt.%Pr,21.3 wt.%Nd)。首先对SPS烧结工艺进行优化,研究烧结工艺对MM-Fe-B热压磁体微结构的影响,并获得最优的制备工艺。随后通过Nd Al晶界添加进一步优化磁体性能。结果表明,利用放电等离子设备制备的无成分添加的MM-Fe-B热压磁体的性能已经优于铁氧体,性能已达:J=6.99 k Gs,H=4.23 k Oe,(BH)=9.1 MGOe。随着Nd Al添加量达10 wt.%时,磁体的综合磁性能进一步提高到:J=6.32 k G,H=9.14 k Oe,(BH)=8.51 MGOe。研究显示,磁体性能的提升来自组织结构的优化和内禀磁性能的提升。其次,通过退火改善磁体综合性能。分别采用了放电等离子烧结后退火和烧结前粉末预退火两种退火方式。结果表明,粉末预退火可以优化磁体性能,而烧结后退火磁体性能却有了明显降低。研究发现,粉末预退火磁体中,粗晶所占的体积分数减少明显,因此平均晶粒尺寸减小。并且主相中的平均Nd含量相比其它磁体有所提高,说明富稀土相中的Nd更好的被主相吸收,磁硬化效果更为明显。此外,磁体的服役性能也有所提升。最后,关于各向异性MM-Fe-B磁体的制备。采用了NdAl和NdAl合金晶界添加的MM-Fe-B热压磁体作为前驱体,并采用不同的变形温度和压力对磁体进行变形处理,制得了各向异性磁体。实验结果显示,两种合金的掺入对性能产生了截然不同的影响。NdAl添加对磁体磁性能优化明显,最佳性能可达:J=8.38 k Gs,H=6.03 k Oe,(BH)=9.7 MGOe。然而,NdAl添加热变形磁体的性能却恶化十分严重。分析显示,磁体中富稀土相的分布情况和粗晶区体积分数的差异是造成磁性能差异的主要原因。NdAl添加磁体中,富稀土相以团聚的形式存在于粉末间,并且大面积的粗晶区导致了磁体晶粒的平均取向度降低,从而恶化了磁性能。综上所述,本文采用了Nd Al合金晶界添加对MM-Fe-B磁体性能进行了优化,并系统地研究了磁体的相组成、微结构和磁性能之间的关系。本工作为MM-Fe-B磁体的实际应用提供理论指导。

关键词：高丰度稀土混合稀土永磁体放电等离子烧结技术热压/热变形磁体晶界添加技术

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