（Nd，Tb）-Fe-B烧结复合磁体的微结构和磁性能

发布时间：2020-06-02 16:10

【摘要】：Nd-Fe-B稀土永磁材料以其高性能和高性价比而广泛应用于电机、风力发电、医疗器械、交通等各个领域。但是当前所生产的烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力与理论值相差甚远,其实际矫顽力较低且温度稳定性较差严重限制了磁体在高温环境下的应用。而Tb-Fe-B具有超高磁晶各向异性,可以大幅提高磁体矫顽力。本论文采用双主相法将Nd-Fe-B和Tb-Fe-B粉末混合制备成(Nd,Tb)-Fe-B烧结复合磁体,通过调整合金成分,控制元素的扩散,进一步提高磁体矫顽力等磁性能。在传统烧结Nd-Fe-B磁体中,随着Nd含量的降低,磁体剩磁与最大磁能积逐渐增大,但矫顽力逐渐降低。将Nd_(13.2-x)Fe_(80.8+x)B_6(x=0,0.5,1,1.5)粉末与Tb_(17)Fe_(75)B_8粉末按9:1质量比例进行混合,调整Nd-Fe-B中Nd含量,适当提高Tb-Fe-B中Tb含量,制备(Nd,Tb)-Fe-B烧结复合磁体。随着Nd含量的降低,磁体的剩磁与磁能积逐渐升高,但矫顽力并没有降低,基本保持在21.0 kOe左右。从微结构分析发现,降低Nd-Fe-B中的Nd含量后,Tb-Fe-B中更多的Tb元素扩散进入晶间相及Nd-Fe-B主相晶粒外延层中,磁体中不仅存在Nd_2Fe_(14)B与Tb_2Fe_(14)B两种主相,在Nd-Fe-B主相晶粒外延层还形成一个(Nd,Tb)-Fe-B硬磁化壳层,这个壳层的存在使晶粒表面的磁晶各向异性增加,抑制了晶粒表面的反磁化形核,从而使磁体矫顽力显著增加。在Nd_(12.2)Fe_(81.8)B_6/Tb_(17)Fe_(75)B_8磁体中获得了矫顽力为21.0 kOe,最大磁能积为39.1 MGOe的高性能永磁体。将Nd_(12.2)Fe_(81.8)B_6粉末与不同质量比例的Tb_(17)Fe_(75)B_8粉末混合,按Tb_(17)Fe_(75)B_8占比为0,1,2,3,5,7,10,15,20 wt.%制备出不同Tb含量的(Nd,Tb)-Fe-B烧结磁体。发现加入少量的Tb_(17)Fe_(75)B_8粉末后,磁体的矫顽力大幅增加且剩磁与磁能积降低较小。当Tb_(17)Fe_(75)B_8粉末添加量为5 wt.%时,矫顽力增加到15.8 kOe,是Nd_(12.2)Fe_(81.8)B_6磁体矫顽力的2.2倍。随着Tb_(17)Fe_(75)B_8粉末添加量超过3 wt.%,矫顽力基本呈线性递增,且增加幅度大于传统方法制备的烧结磁体。随着Tb_(17)Fe_(75)B_8添加量的提高,由于Tb-Fe-B饱和磁化强度低,磁体剩磁与磁能积逐渐降低。采用双合金法将Nd-Fe-B和TbH_x粉末混合制成磁体,微量添加TbH_x粉末可以大幅提高磁体矫顽力。但是,当Tb粉末添加量超过1 wt.%时,磁体矫顽力增长幅度开始逐渐减缓,这与双主相法制备(Nd,Tb)-Fe-B烧结复合磁体不同,烧结复合磁体Tb含量超过3 wt.%,随着Tb含量的增加矫顽力基本呈线性递增,且双主相法制备磁体的综合磁性能更好。双主相磁体除Tb置换Nd-Fe-B相边界Nd元素在晶粒表层形成高磁晶各向异性的(Nd,Tb)_2Fe_(14)B相外,还存在超高磁晶各向异性的Tb-Fe-B主相。一般认为,反磁化从Nd-Fe-B相开始,但Tb-Fe-B相会阻止Nd-Fe-B相的反磁化,从而进一步提高反磁化形核场和矫顽力,因此双主相磁体能获得更高的矫顽力和磁性能。
【图文】：

的(00L)晶粒取向。为了提高烧结 Nd-Fe-B 磁体的矫顽力，用 Dy/Tb 等重稀Nd 元素是一种较为有效的方法[21]。当前磁体中添加重稀土涂覆渗透法，单合金法，双合金法以及双主相等方法。而烧结磁体相对工艺要求难度小，易实现规模化生产。本课制备烧结磁体，与双合金法进行对比，从磁性能与微结构的优劣。技术磁参量磁材料磁性能的优劣，在磁体性能测量时一般用饱和磁)、剩磁(Br)、矫顽力(Hcj)、最大磁能积(BH)m、方形度(Hk/H性能的优劣。如图 1.1 可以通过分析退磁曲线可以更为直

磁化轴与易磁化轴的划分是根据磁体晶轴的各向异性不同所区分的。磁体磁化到饱和所需要的磁化场强度就称为各向异性场（HA）。照铁磁学理论单轴晶体的各向异性场 HA的表达式 1.1 为：=2 0 =2 （式推导可知：Hcj=HA=2K1/Js，所以各向异性场是材料内禀矫顽力极，，各向异性常数越大，磁体矫顽力就越高。目前有多种方法可以测定的大小，较为常用的就是磁化曲线交点法，将磁体沿难轴与易轴垂直平*3mm*1mm 大小见方的样品，然后沿着平行于易轴与垂直于易轴方场（大于 1.6 MA/m）中，分别沿平行易轴与垂直易轴充分取向，测磁化曲线。如图 1.2 两条磁化曲线延长线交点所对应的磁场既是该材。
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM27

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本文编号：2693424