晶界扩散DyMg对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能及扩散机理影响研究
发布时间：2021-04-17 01:53
为满足烧结Nd-Fe-B永磁材料在风力发电、永磁电机及混合动力汽车等领域的应用,改善磁体的综合磁性能,促进重稀土资源高效利用。业界往往采用晶界扩散提升磁体的矫顽力,以此减少重稀土用量,降低生产成本。然而磁体在晶界扩散重稀土（Dy/Tb）时扩散深度有限,扩散效率较低;其次,企业在实际生产中往往会沉积过量重稀土以保证扩散的充分性,然而扩散后会残余大量扩散源无法利用,造成严重的资源浪费。针对上述问题,本文通过磁控溅射共沉积扩散DyMg重稀土膜层,利用Mg元素的低熔特性优化晶界,提高Dy元素扩散深度和效率,改善（Nd,Dy）2Fe14B核壳层扩散均匀性,主要做了以下研究:（1）对磁体进行Dy、Mg单独沉积扩散,分析不同类型元素扩散对磁体矫顽力的影响;（2）对磁体进行DyMg共沉积扩散,揭示低熔金属Mg与重稀土Dy之间协同扩散效应;（3）分析对比DyMg共扩散和Dy扩散磁体磁性能及微观组织结构变化,研究DyMg共沉积扩散的元素协同扩散机制和矫顽力提升机理。在最佳扩散工艺（900℃×10 h）下,Dy元素在磁体表层区域010μm处形...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稀土永磁材料发展历史
第一章绪论2预计到2022年，Nd-Fe-B永磁材料的用量将进一步激增，占全球发电机、电动机及消费电子领域的63.7%，而新能源汽车、变频空调、风力发电及智能手机的市场普及将成为磁性材料未来主要的核心驱动力，这对烧结Nd-Fe-B磁体的性能提出了更高的要求。首先，Nd-Fe-B永磁材料需要优异的矫顽力，使其在恶劣环境下工作时具备良好的抗退磁能力；其次，需要具备良好的耐腐蚀性以提升其服役周期。为此，这引发了大量科研工作者的积极探索和研究。1.2烧结Nd-Fe-B永磁材料1.2.1烧结Nd-Fe-B永磁材料的微观组织烧结Nd-Fe-B永磁材料是一种具有多相结构的合金功能材料，其磁性能与磁体的相结构、微观组织以及相与相之间的耦合作用密不可分。烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁(Jr)、最大磁能积((BH)max)以及内禀矫顽力(Hcj)等均对微观组织及晶体结构敏感的磁性参量。当磁体元素成分不变时，优异的显微组织结构更有利于磁体的磁性能，根据磁体中各相的组织结构及作用的不同，主要分为以下几类：（1）Nd2Fe14B主相Nd2Fe14B相是Nd-Fe-B永磁材料中唯一的硬磁性相，又被称为2:14:1相，如图1.2所示，Nd2Fe14B晶胞是四方晶体结构，空间群为P42/mnm，晶格点阵常数为a=8.8,c=12.19，因为Nd、Fe和B原子分别占据晶格中不同位点[9,10]，形成了特殊的单轴结构，其中c轴方向为易磁化轴方向，a轴方向为难磁化轴方向，磁晶各向异性场（HA）取决于沿a轴达到技术饱和时所需的磁常晶体中Fe-Fe和Nd-Fe之间强烈的耦合作用使其具有很强的内禀磁性[11]，Nd-Fe-B永磁材料理论磁性参量为：Br=1.61T,HA=6.7T和TC=312℃。图1.2Nd2Fe14B化合物晶体单胞结构图
第一章绪论8磁晶各向异性的(Nd,Dy)2Fe14B壳层（图1.3），矫顽力由12.7kOe提升至15.2kOe。后续研究中[51]，他在磁体中添加粒径为~1.7μm的Dy71.5Fe28.5的合金粉末，在晶界相中形成了更稳定的含Dy相，促使矫顽力由768kA/m进一步提升至1360kA/m。Wan[52]通过在Nd-Fe-B磁体中添加Pr68Cu32合金，优化的晶界相形貌改善了晶粒之间的磁相互作用，阻碍反向磁畴的成核，磁体矫顽力增至21kOe，增幅达50%。Liang等[53]分析了在Ho63.4Fe36.6合金添加的磁体中，Ho元素扩散进入主相晶粒的外延层形成了高各向异性场的(Nd,Ho)2Fe14B，磁体的矫顽力由14.0kOe提升到18kOe。Di[54]通过用Ho取代Nd后，在磁体中形成了(Nd,Ho)-O这种新相，磁体矫顽力和耐腐蚀性均显著增强。此外，有研究报道通过在磁体中添加DyMn[55]、DyGa[56,57]、DyNi[58]、PrCo[59]、Y72Co28[60]、AlCu[61]、CuZn[62]等低熔点合金可以在主相晶粒边缘形成重稀土壳层或改善晶界相形貌，从而有效提高磁体的矫顽力。图1.3晶界添加Dy32.5Fe62Cu5.5的Nd-Fe-B磁体烧结过程示意图Ghandehari[63,64]报道了在烧结Nd-Fe-B磁体中分别添加了Dy2O3和Tb4O7两种重稀土氧化物，构建硬磁化的晶粒外延层，矫顽力分别从11.6kOe提升至16.0kOe和17.3kOe，当添加量均为3wt.%时，Tb4O7的添加使矫顽力变化更为显著。Bae等[65]通过分析添加DyHx和Dy2O3后的磁体磁性能变化，添加Dy2O3的磁体矫顽力仅提升0.57kOe，由于H元素在主相中发生溶解导致晶粒排列得到优化，DyHx的添加磁体矫顽力由30.14kOe提升为31.01kOe，并且剩磁保持稳定。Liu[66]研究了晶界添加粒径为1.8μm的DyHx粉末对烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力和热稳定性均有所改善。Xu[67]研究发现在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲镀铬镀层性能的研究[J]. 李曼,邹松华,王帅东,王瑞超,王建波. 电镀与精饰. 2019(06)
[2]Mg纳米粉对钕铁硼磁性和热稳定性的影响[J]. 李志杰,王小二,李佳阳,李嘉,王洪志. 沈阳工业大学学报. 2018(04)
[3]Effect of Heat Treatment Time on Dy–Cu Alloy Diffusion Process in Dy-Containing Commercial Nd–Fe–B Sintered Magnets[J]. H.Y.Liu,G.Wang,Y.Hong,D.C.Zeng. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(05)
[4]新型富La/Ce多主相稀土永磁材料研究[J]. 严密,金佳莹,马天宇,王新华. 金属功能材料. 2018(01)
[5]P含量对NdFeB磁性材料表面化学镀Ni-Cu-P合金性能的影响[J]. 王憨鹰,李增生,王兆华,陈焕铭. 兵器材料科学与工程. 2017(05)
[6]我国稀土资源概况及应用前景[J]. 侯振宇,何扬. 内蒙古科技与经济. 2017(07)
[7]钕铁硼永磁体电镀镍工艺优化及镀层性能[J]. 张秀芝,支晨琛,薛康. 电镀与涂饰. 2016(09)
[8]多(硬磁)主相永磁体及矫顽力机制研究现状与展望[J]. 朱明刚,李卫. 科学通报. 2015(33)
[9]双主相合金法制备的（Nd,Ce）-Fe-B永磁合金[J]. 张蛟,李军,刘颖,沈鑫,向前. 磁性材料及器件. 2015(04)
[10]烧结钕铁硼晶界扩散Dy微观组织分析[J]. 李建,周磊,刘涛,程星华,喻晓军,李波. 稀土. 2014(06)
博士论文
[1]元素添加对纳米晶Nd-Fe-B磁性能影响机理研究与服役特性评价[D]. 杨牧南.江西理工大学 2017
本文编号：3142582
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
稀土永磁材料发展历史
第一章绪论2预计到2022年，Nd-Fe-B永磁材料的用量将进一步激增，占全球发电机、电动机及消费电子领域的63.7%，而新能源汽车、变频空调、风力发电及智能手机的市场普及将成为磁性材料未来主要的核心驱动力，这对烧结Nd-Fe-B磁体的性能提出了更高的要求。首先，Nd-Fe-B永磁材料需要优异的矫顽力，使其在恶劣环境下工作时具备良好的抗退磁能力；其次，需要具备良好的耐腐蚀性以提升其服役周期。为此，这引发了大量科研工作者的积极探索和研究。1.2烧结Nd-Fe-B永磁材料1.2.1烧结Nd-Fe-B永磁材料的微观组织烧结Nd-Fe-B永磁材料是一种具有多相结构的合金功能材料，其磁性能与磁体的相结构、微观组织以及相与相之间的耦合作用密不可分。烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁(Jr)、最大磁能积((BH)max)以及内禀矫顽力(Hcj)等均对微观组织及晶体结构敏感的磁性参量。当磁体元素成分不变时，优异的显微组织结构更有利于磁体的磁性能，根据磁体中各相的组织结构及作用的不同，主要分为以下几类：（1）Nd2Fe14B主相Nd2Fe14B相是Nd-Fe-B永磁材料中唯一的硬磁性相，又被称为2:14:1相，如图1.2所示，Nd2Fe14B晶胞是四方晶体结构，空间群为P42/mnm，晶格点阵常数为a=8.8,c=12.19，因为Nd、Fe和B原子分别占据晶格中不同位点[9,10]，形成了特殊的单轴结构，其中c轴方向为易磁化轴方向，a轴方向为难磁化轴方向，磁晶各向异性场（HA）取决于沿a轴达到技术饱和时所需的磁常晶体中Fe-Fe和Nd-Fe之间强烈的耦合作用使其具有很强的内禀磁性[11]，Nd-Fe-B永磁材料理论磁性参量为：Br=1.61T,HA=6.7T和TC=312℃。图1.2Nd2Fe14B化合物晶体单胞结构图
第一章绪论8磁晶各向异性的(Nd,Dy)2Fe14B壳层（图1.3），矫顽力由12.7kOe提升至15.2kOe。后续研究中[51]，他在磁体中添加粒径为~1.7μm的Dy71.5Fe28.5的合金粉末，在晶界相中形成了更稳定的含Dy相，促使矫顽力由768kA/m进一步提升至1360kA/m。Wan[52]通过在Nd-Fe-B磁体中添加Pr68Cu32合金，优化的晶界相形貌改善了晶粒之间的磁相互作用，阻碍反向磁畴的成核，磁体矫顽力增至21kOe，增幅达50%。Liang等[53]分析了在Ho63.4Fe36.6合金添加的磁体中，Ho元素扩散进入主相晶粒的外延层形成了高各向异性场的(Nd,Ho)2Fe14B，磁体的矫顽力由14.0kOe提升到18kOe。Di[54]通过用Ho取代Nd后，在磁体中形成了(Nd,Ho)-O这种新相，磁体矫顽力和耐腐蚀性均显著增强。此外，有研究报道通过在磁体中添加DyMn[55]、DyGa[56,57]、DyNi[58]、PrCo[59]、Y72Co28[60]、AlCu[61]、CuZn[62]等低熔点合金可以在主相晶粒边缘形成重稀土壳层或改善晶界相形貌，从而有效提高磁体的矫顽力。图1.3晶界添加Dy32.5Fe62Cu5.5的Nd-Fe-B磁体烧结过程示意图Ghandehari[63,64]报道了在烧结Nd-Fe-B磁体中分别添加了Dy2O3和Tb4O7两种重稀土氧化物，构建硬磁化的晶粒外延层，矫顽力分别从11.6kOe提升至16.0kOe和17.3kOe，当添加量均为3wt.%时，Tb4O7的添加使矫顽力变化更为显著。Bae等[65]通过分析添加DyHx和Dy2O3后的磁体磁性能变化，添加Dy2O3的磁体矫顽力仅提升0.57kOe，由于H元素在主相中发生溶解导致晶粒排列得到优化，DyHx的添加磁体矫顽力由30.14kOe提升为31.01kOe，并且剩磁保持稳定。Liu[66]研究了晶界添加粒径为1.8μm的DyHx粉末对烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力和热稳定性均有所改善。Xu[67]研究发现在?
【参考文献】：
期刊论文
[1]脉冲镀铬镀层性能的研究[J]. 李曼,邹松华,王帅东,王瑞超,王建波. 电镀与精饰. 2019(06)
[2]Mg纳米粉对钕铁硼磁性和热稳定性的影响[J]. 李志杰,王小二,李佳阳,李嘉,王洪志. 沈阳工业大学学报. 2018(04)
[3]Effect of Heat Treatment Time on Dy–Cu Alloy Diffusion Process in Dy-Containing Commercial Nd–Fe–B Sintered Magnets[J]. H.Y.Liu,G.Wang,Y.Hong,D.C.Zeng. Acta Metallurgica Sinica（English Letters）. 2018(05)
[4]新型富La/Ce多主相稀土永磁材料研究[J]. 严密,金佳莹,马天宇,王新华. 金属功能材料. 2018(01)
[5]P含量对NdFeB磁性材料表面化学镀Ni-Cu-P合金性能的影响[J]. 王憨鹰,李增生,王兆华,陈焕铭. 兵器材料科学与工程. 2017(05)
[6]我国稀土资源概况及应用前景[J]. 侯振宇,何扬. 内蒙古科技与经济. 2017(07)
[7]钕铁硼永磁体电镀镍工艺优化及镀层性能[J]. 张秀芝,支晨琛,薛康. 电镀与涂饰. 2016(09)
[8]多(硬磁)主相永磁体及矫顽力机制研究现状与展望[J]. 朱明刚,李卫. 科学通报. 2015(33)
[9]双主相合金法制备的（Nd,Ce）-Fe-B永磁合金[J]. 张蛟,李军,刘颖,沈鑫,向前. 磁性材料及器件. 2015(04)
[10]烧结钕铁硼晶界扩散Dy微观组织分析[J]. 李建,周磊,刘涛,程星华,喻晓军,李波. 稀土. 2014(06)
博士论文
[1]元素添加对纳米晶Nd-Fe-B磁性能影响机理研究与服役特性评价[D]. 杨牧南.江西理工大学 2017
本文编号：3142582
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3142582.html
