放电等离子烧结Pr-Nd-Y-Fe-B磁体的结构与性能研究
发布时间：2020-07-11 11:06
【摘要】：钕铁硼磁体的广泛使用导致贵重稀土元素(Nd,Pr,Dy,Tb)被大量消耗,然而以La、Ce、Y为主的高丰度稀土元素并没有得到充分利用,造成了稀土资源的不均衡利用。从降低原材料成本和合理利用国家战略资源角度考虑,高丰度稀土永磁材料的开发与研究势在必行。本文分别通过熔体快淬和放电等离子烧结(Spark Plasma Sintering,SPS)技术制备了纳米晶Pr-Nd-Y-Fe-B合金条带和磁体,研究了不同Y含量对合金物相组成、磁性能、微观结构的影响,并深入探讨了烧结工艺对磁体的物相组成、磁性能和微观结构的影响规律。首先,采用熔体快淬技术制备了不同Y取代量的纳米晶[(Pr_(0.25)Nd_(0.75))_(1-x)Y_x]_(13.9)Fe_(80.1)B_6(x=0-0.5,at.%)条带,通过优化甩带速度得到不同成分下的最佳磁性能。系统研究了不同Y取代量对合金的物相组成、磁性能和微观结构的影响。结果表明:适量的Y取代有效改善了合金的方形度并抑制Fe_3B相的形成。当Y取代Pr、Nd元素的量为30%时,[(Pr_(0.25)Nd_(0.75))_(0.7)Y_(0.3)]_(13.9)Fe_(80.1)B_6合金具有最好的方形度,且居里温度仅轻微从307℃下降至302℃。Y取代具有一定程度的晶粒细化作用,有助于改善合金的微观结构。此外,Y取代还可以增强主相晶粒间的短程交换耦合作用。其次,制备纳米晶[(Pr_(0.25)Nd_(0.75))_(0.7)Y_(0.3)]_(13.9)Fe_(80.1)B_6(at.%)条带,以该成分条带作为原料,采用放电等离子烧结技术制备各向同性纳米晶磁体。研究不同烧结工艺对磁体的磁性能、物相组成和微观结构的影响。研究表明,通过SPS制备的磁体晶粒形状呈棒条状,长边方向平均尺寸为95.2 nm,短边方向平均尺寸为32.7 nm。在烧结温度为700℃、烧结压力为50MPa、保温时间为5 min时获得最优的综合磁性能:J_r=0.79 T,H_(ci)=818 kA/m,(BH)_(max)=97 kJ/m~3。最后,制备非晶[(Pr_(0.25)Nd_(0.75))_(0.7)Y_(0.3)]_(13.9)Fe_(80.1)B_6(at.%)条带,采用SPS设备制备各向同性纳米晶磁体。研究不同烧结温度对磁体的磁性能、物相组成和微观结构的影响。结果表明,相比于纳米晶条带制备的磁体,非晶条带制备的磁体晶粒形状为多边形,晶粒平均尺寸为85.2 nm。此外,在相同的烧结工艺700℃/50 MPa/5 min下,非晶条带制备的磁体比纳米晶条带制备的磁体具有更为优异的综合磁性能,非晶条带制备SPS磁体的最优性能为:J_r=0.79T,H_(ci)=864 kA/m,(BH)_(max)=102 kJ/m~3。综上所述,本论文较深入地研究了Y取代对合金物相组成、磁性能和微观结构的影响,探索了不同烧结工艺与Pr-Nd-Y-Fe-B磁体的磁性能、物相组成和微观结构之间的内在关系,对比了纳米晶条带和非晶条带制备的磁体间的性能差异,并对其差异产生的的原因进行了分析,有较高的学术和应用价值。
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM27;O737
【图文】：
第一章 绪论材料具有优异的磁性能主要是由于Nd2Fe14B 化合物，该分子磁矩。Nd2Fe14B 化合物的晶体结构[4]如图 1.1 所示42/mnm 空间群，晶格常数 a = 0.882nm，c =1.224 nm。56 个Fe 原子分别占据16k1、16k2、8j1、8j2、4e 和4c 这4g 晶位，4 个B 原子占据 4g 晶位。所有Nd 和B 原子加面，该结构使得钕铁硼相具有非常稳定化学性质[5]。
烧结工艺进行对比，研究发现，通过 SPS 制备的磁体具有更好的机械性能和更优异的综合磁性能，并且研究了不同烧结温度对 SPS 磁体的抗弯强度和维氏硬度的影响，发现随着烧结温度的上升，抗弯强度和维氏硬度呈现先升后减的趋势，如图1.2 所示。图1.2 烧结温度对SPS 磁体抗弯强度和维氏硬度的影响[23]Fig.1.2Effectsofsintering temperatureon(a)bendingstrengthand(b)VickershardnessofSPS NdFeB[23]Li 等[24]研究了 SPS 磁体的耐腐蚀性能与不同腐蚀环境的关系，并与传统烧结磁体进行对比，研究发现，在碱性腐蚀环境下，SPS 磁体和传统烧结磁体均具有较好的耐腐蚀性能，这是由于在磁体表面形成一层钝化膜，减缓磁体的腐蚀速度。然而，在酸性和中性腐蚀环境下，SPS 磁体具有更好的耐腐蚀性能，这是由于 SPS 磁体的晶粒尺寸更小，有更好的微观结构。Liu 等[25]通过 SPS 和热变形结合的方式制备富 Nd 成分的磁体
度系数的绝对值下降了 16.2%，如图1.2 所示，这是由于 Y 相较于Ce 元素更倾向于进入主相内部，削弱了磁晶各向异性和磁化强度随温度下降的趋势，提高了磁体的热稳定性。图1.3 不同温度区间下矫顽力温度系数绝对值[29]Fig.1.3Theabsolutevaluesoftemperaturecoefficientsofcoercivityin differenttemperatureintervals.[29]
本文编号：2750322
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM27;O737
【图文】：
第一章 绪论材料具有优异的磁性能主要是由于Nd2Fe14B 化合物，该分子磁矩。Nd2Fe14B 化合物的晶体结构[4]如图 1.1 所示42/mnm 空间群，晶格常数 a = 0.882nm，c =1.224 nm。56 个Fe 原子分别占据16k1、16k2、8j1、8j2、4e 和4c 这4g 晶位，4 个B 原子占据 4g 晶位。所有Nd 和B 原子加面，该结构使得钕铁硼相具有非常稳定化学性质[5]。
烧结工艺进行对比，研究发现，通过 SPS 制备的磁体具有更好的机械性能和更优异的综合磁性能，并且研究了不同烧结温度对 SPS 磁体的抗弯强度和维氏硬度的影响，发现随着烧结温度的上升，抗弯强度和维氏硬度呈现先升后减的趋势，如图1.2 所示。图1.2 烧结温度对SPS 磁体抗弯强度和维氏硬度的影响[23]Fig.1.2Effectsofsintering temperatureon(a)bendingstrengthand(b)VickershardnessofSPS NdFeB[23]Li 等[24]研究了 SPS 磁体的耐腐蚀性能与不同腐蚀环境的关系，并与传统烧结磁体进行对比，研究发现，在碱性腐蚀环境下，SPS 磁体和传统烧结磁体均具有较好的耐腐蚀性能，这是由于在磁体表面形成一层钝化膜，减缓磁体的腐蚀速度。然而，在酸性和中性腐蚀环境下，SPS 磁体具有更好的耐腐蚀性能，这是由于 SPS 磁体的晶粒尺寸更小，有更好的微观结构。Liu 等[25]通过 SPS 和热变形结合的方式制备富 Nd 成分的磁体
度系数的绝对值下降了 16.2%，如图1.2 所示，这是由于 Y 相较于Ce 元素更倾向于进入主相内部，削弱了磁晶各向异性和磁化强度随温度下降的趋势，提高了磁体的热稳定性。图1.3 不同温度区间下矫顽力温度系数绝对值[29]Fig.1.3Theabsolutevaluesoftemperaturecoefficientsofcoercivityin differenttemperatureintervals.[29]
【参考文献】
相关期刊论文 前1条
1 李涛,裘宝勤,王公平,岳明,彭博,甘硕文,肖耀福,王润,张久兴;后热处理工艺对放电等离子烧结制备NdFeB磁体的影响[J];金属功能材料;2003年04期
本文编号：2750322
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/2750322.html
