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《燕山大学》 2018年
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块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复合纳米晶磁体的织构生长与磁性研究

侯福臣  
【摘要】:Nd_2Fe_(14)B基纳米晶复合永磁材料是一种由硬磁相Nd_2Fe_(14)B和软磁相(如α-Fe、Fe_3B等)组成的永磁材料,其中高饱和磁化强度软磁相的添加和交换耦合作用使得该类磁体具有超高的理论磁能积,同时能够节约稀土资源。但到目前为止,实际制备出的块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复合永磁材料,当软磁相含量超过20%时,磁能积都要远远低于其理论预测值(~100 MGOe)。其主要原因是实际制备磁体中的纳米结构与理论计算结构偏差较大,这是由于在硬磁相Nd_2Fe_(14)B的晶体学织构形成和软磁相结构控制(含量、晶粒尺寸和分布)之间存在着矛盾。基于这一科学问题,本论文分别从制备工艺和合金元素等方面进行设计,结合熔体快淬,成功的制备出了具有Nd_2Fe_(14)B相强(00l)织构的各向异性块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶复合永磁材料,并对制备出的磁体的微观结构和磁性能进行了如下的分析研究。利用同步高压热压缩变形成功的从贫Nd非晶合金Nd_(10)Fe_(84)B_6中制备出了各向异性块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶复合永磁体。在变形温度为530-700~oC,变形时间为5 s,变形量为77%时结合高应力条件下600 ~oC退火5 min获得最佳性能的磁体,其最大磁能积为19.2 MGOe。与直接退火Nd_(10)Fe_(84)B_6非晶合金对比,同步高压热压缩变形技术结合应力下退火实验制备出的复合磁体剩磁B_r提高了约38%,矫顽力提高了约31%,最大磁能积提高了约140%。变形制备出的磁体中Nd_2Fe_(14)B纳米晶具有明显的(00l)织构,且磁体由晶粒尺寸约为26 nm的α-Fe纳米晶和30 nm的Nd_2Fe_(14)B纳米晶所组成。通过设计合金成分配比结合高压热压缩变形,制备具有更强硬磁相织构的块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶复合永磁材料。Cu元素的适量添加能够同时提高软磁相含量和硬磁相的织构强度,在矫顽力不降低的前提下,提高剩磁。另外,稀土Nd和B含量的降低都会同时提高软磁相α-Fe的含量以及硬磁相的织构强度,对磁性能的影响略显不同:两种元素含量的降低都会提高变形所得磁体的剩磁,但Nd含量的降低会导致矫顽力的下降,而B的原子百分比从6 at.%下降到4 at.%,磁体的矫顽力基本保持不变。然后在本工作中选择最佳成分配比为Nd_9Fe_(85.5)Cu_(1.5)B_4的合金,研究了变形量对磁体微结构和磁性能的影响,磁体的晶体织构和磁性能随变形量的增大而增高。最终在变形量83%时获得磁能积为21.6 MGOe的块体各向异性Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶复合永磁体,该磁体具备较强的Nd_2Fe_(14)B的(00l)织构,同时软磁相高达33 wt.%。通过两步高压热压缩变形成功的制备出了块体各向异性Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米复合磁体,在软磁相α-Fe含量高达31 wt.%的前提下,同时获得了Nd_2Fe_(14)B相的强织构和α-Fe相细小的晶粒尺寸(~18 nm)。这种新型的变形技术制备出的复合Nd_2Fe_(14)B/α-Fe磁体的磁能积高达24.3 MGOe,是所有已报道的、软磁相分数在20 wt.%以上的块体Nd_2Fe_(14)B基纳米复合永磁材料中的最大值。通过设计不同的变形技术制备块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复合永磁材料,并研究了两步等温变形中工艺参数对磁体织构强度和磁性能的影响。在几种变形工艺中,两步等温变形方法更有利于促进Nd_2Fe_(14)B纳米晶沿(00l)方向取向排布,获得了最强的硬磁相的(00l)织构。采用等温变形在第一步变形时间为5 s、变形温度为530 ~oC,第二步变形温度为650~oC,变形量为83%时,获得了具有最强Nd_2Fe_(14)B纳米晶的(00l)织构和最佳磁性能的永磁体。与传统等温变形制备磁体的磁性能相比,本方法制备的磁体最大磁能积提升了49.4%,剩磁提升了13.6%,矫顽力提升了17.6%。
【学位授予单位】:燕山大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB383.1;TM273

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