各向异性块体异质纳米复合永磁体的制备、结构与磁性

发布时间：2020-09-30 11:20

　　永磁材料是应用最为广泛的功能材料之一,随着社会的不断发展,对永磁材料的需求除了高的磁能积,还需要低成本和优异的温度稳定性。异质纳米复合永磁体具有将各种永磁材料优点结合在一起实现高磁能积,低成本和优异的温度稳定性的潜力,但是目前所制备的异质纳米复合永磁体面临着稀土含量高,晶粒尺寸粗大,不兼容或难形成硬磁相织构等问题,限制了其发展。本文立足这一研究背景,通过高能球磨及熔体快淬工艺并结合高压热压缩变形技术成功制备出了各向异性块体Nd_2Fe_(14)B/α-Fe、[SmCo_7/α-Fe(Co)]@[Nd_2Fe_(14)B/α-Fe]及SmCo_7/α-Fe(Co)@Nd_2Fe_(14)B异质纳米复合永磁体,并对所制备磁体的结构和磁性能进行了如下的研究分析。通过对贫Nd的Nd_9Fe_(85.5)Cu_(1.5)B_4非晶合金条带粉体与商用富Nd的Nd_(13.6)Fe_(73.6)Ga_(0.6)Co_(6.6)B_(5.6)纳米晶合金粉体的混合物进行高压热压缩变形,成功制备出了块体的各向异性Nd_2Fe_(14)B/α-Fe异质纳米复合永磁体。在变形温度为650℃,变形应力为820 MPa,变形时间为45 s,变形量为79%时获得最佳性能的磁体。该磁体由贫Nd区和富Nd区组成,含有24 wt%的软磁相。在贫Nd区和富Nd区同时观察到沿(00l)方向的Nd_2Fe_(14)B纳米晶织构,且各区具有细小的晶粒尺寸:贫Nd区由晶粒尺寸约为22 nm的α-Fe和晶粒尺寸约为29 nm的Nd_2Fe_(14)B纳米晶构成;富Nd区由长轴方向尺寸为50-142 nm,厚度为20-35 nm的板条状Nd_2Fe_(14)B纳米晶组成。所获异质纳米复合永磁体的最大磁能积高达23 MGOe,同时具有好的温度稳定性(β_((RT-250℃))=-0.3%℃~(-1))。通过对经过高能球磨后得到的SmCo基非晶纳米晶粉体与熔体快淬贫Nd的Nd_9Fe_(85.5)Cu_(1.5)B_4非晶合金粉体的混合物进行快速高压热压缩变形,成功制备出了各向异性块体[SmCo_7/α-Fe(Co)]@[Nd_2Fe_(14)B/α-Fe]多相异质纳米复合永磁体。在变形温度为650℃,变形应力~1 GPa,变形量为80%,变形时间为30 s的工艺下,该磁体具有最佳磁性能。此时,该磁体含有30 wt%的α-Fe(Co)和α-Fe软磁相,由SmCo_7/α-Fe(Co)纳米复合区和Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米复合区交替镶嵌而成。在SmCo_7/α-Fe(Co)区和Nd_2Fe_(14)B/α-Fe区同时观察到了硬磁相SmCo_7和Nd_2Fe_(14)B纳米晶沿(00l)方向的织构,且这两个纳米复合区具有细小的晶粒尺寸:SmCo_7/α-Fe(Co)纳米复合区的α-Fe和SmCo_7晶粒尺寸均约为12 nm;Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米复合区的α-Fe和Nd_2Fe_(14)B晶粒尺寸分别为19 nm和29 nm。此异质纳米复合永磁体的最大磁能积为25 MGOe,矫顽力温度系数β_((RT-250℃))=-0.27%℃~(-1),该磁体的磁能积随Nd_9Fe _(85.5)Cu_(1.5)B_4非晶合金粉体前驱物含量的增加先增大后减小,在Nd_9Fe_(85.5)Cu_(1.5)B_4非晶合金粉体为30 wt%时获得最高磁能积,磁体的磁能积随变形量(68-80%)的增大而增高。通过对经过高能球磨后得到的SmCo基非晶纳米晶粉体与商用富Nd的Nd_(13.6)Fe_(73.6)Ga_(0.6)Co_(6.6)B_(5.6)纳米晶粉体的混合物进行高压热压缩变形,制备出各向异性块体SmCo_7/α-Fe(Co)@Nd_2Fe_(14)B多相层状异质纳米复合永磁体。在变形时间为35 s,变形温度为650℃,变形量为82%,最大变形应力~1 GPa的条件下,我们获得了最佳性能的磁体。该磁体的软磁相含量为25.6 wt%,由SmCo_7/α-Fe(Co)纳米复合层区和Nd_2Fe_(14)B纳米晶层区交替重叠而成,SmCo_7/α-Fe(Co)层由晶粒尺寸约为11 nm的α-Fe(Co)相和SmCo_7相组成,Nd_2Fe_(14)B层由长度平均尺寸为75 nm,宽度平均尺寸为23 nm的板条状Nd_2Fe_(14)B纳米晶构成。在SmCo_7/α-Fe(Co)纳米复合层和Nd_2Fe_(14)B层同时获得了SmCo_7和Nd_2Fe_(14)B纳米晶沿(00l)方向的织构。最终获得同时具有高磁能积和优异温度稳定性的各向异性块体多相层状异质纳米复合永磁体,其最大磁能积为31 MGOe,高于当前所制备的SmCo基双相纳米复合永磁体的最高磁能积28 MGOe,能与传统烧结的SmCo基单相磁体相媲美,该磁体具有优异的温度稳定性,其矫顽力温度系数β_((RT-250℃))=-0.28%℃~(-1)。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB34
【部分图文】：

磁极化强度,磁性材料,矫顽力,电池

燕山大学工学博士学位论文式分布在其周围。因此，我们可以把永磁体看成类似电池的储能器。与电池一样，当电池处在一个回路中时，它能提供相应的电能，使回路中的各电器元件工作，同样当永磁体处于磁路回路中时，就可以利用它自身的储能实现各种能量之间的转化，从而实现磁路中各设备的运行。

核磁共振,永磁材料,磁化学,霍耳效应

第 1 章绪论从而产生如核磁共振、磁化学、磁生物、磁光及磁霍耳效应等。利用已经设计出如核磁共振成像仪等高精尖的医疗器械。以上所述，充分料对人类生活、社会发展具有非常重要的作用。因此对永磁材料的研备成为材料研究领域一个非常重要的课题。下图 1-2 是永磁材料典型举，包含有风能发电、磁力转轴、硬盘以及混合动力汽车等。

退磁曲线,永磁材料,退磁曲线,外场

燕山大学工学博士学位论文排布、晶体缺陷及界面等因素有关，其包括以下参量：剩余磁化强度 Mr；剩余磁感应强度 Br；内禀矫顽力 Hci；磁感矫顽力 Hcb；最大磁能积(BH)max等[4]，相关的参量如下图 1-3 所示[5]。以下是对永磁材料各个参量的物理描述：

【相似文献】