热变形NdFeB磁体矫顽力机制及热退磁机理研究

发布时间：2020-04-23 13:14

【摘要】：Nd-Fe-B磁体是二十世纪八十年代发展的第三代稀土永磁材料,它的理论磁能积达到了64 MGOe,实际磁体的磁能积也高达59 MGOe。然而矫顽力作为衡量磁体磁性能的另外一个重要指标,NdFeB磁体的实际矫顽力远小于理论值,内禀矫顽场仅为其磁晶各向异性场的20%~([1]),晶界扩散(GBDP)是磁体热处理的一种方式,通过改变磁体的微观结构和成分,实现晶粒间的磁隔离进而改善晶粒间的交换耦合作用从而能够有效地提高磁体的矫顽力,但与理论矫顽力相比依然有很大差距。NdFeB磁体的居里温度为320℃远低于SmCo磁体且温度稳定性较差,这也限制了它在高温下的应用。因此,对NdFeB磁体的矫顽力机制和热退磁机理进行研究能够为进一步提高磁体的矫顽力和增强矫顽力的温度稳定性提供理论的指导。本利用综合物理磁性能测量系统(PPMS)、洛伦兹透射电子显微镜(LZTEM)对热变形NdFeB磁体和NdCu扩散磁体的磁性能、微观结构、磁畴结构进行分析表征,并探索矫顽力机制和热退磁机理。通过原位加磁场观测了热变形NdFeB磁体和NdCu扩散磁体的磁化和反磁化过程,并且分析了原位实验中垂直于样品平面的磁场对畴壁能以及对磁畴运动的影响;利用高温样品杆对热变形NdFeB磁体和NdCu扩散磁体以及烧结NdFeB磁体的迷宫畴和片状畴进行原位热退磁研究,主要研究结论如下:(1)利用低熔点Nd-Cu合金对热变形磁体进行晶界扩散后,磁体的矫顽力由1.133 MA/m提高到1.699 MA/m,同时剩磁略有下降。显微结构、磁畴结构以及元素分布表明晶界处非磁性相Nd和Cu的含量明显增多。(2)初始磁化过程中热变形NdFeB磁体和NdCu扩散磁体均表现出一定的晶界钉扎行为,扩散磁体的钉扎效应更强。反磁化过程中,变形磁体的畴壁整体连续且平行于易轴,通过畴壁的位移实现反磁化;扩散磁体的反磁化过程是通过磁隔离的晶粒和晶粒集合体随机磁化翻转实现的。(3)垂直于样品平面的磁场分量能显著降低畴壁能和晶界与晶粒之间的能量壁垒从而减弱晶界对畴壁的钉扎,使得畴壁在远小于块体磁体矫顽场下发生位移。(4)在原位加热试验中,随着温度的升高畴壁衬度减弱且磁畴宽度减小,这是因为磁体的磁晶各向异性以及自发磁化强度随温度的升高而降低,这种变化在较低温区下变化不明显,在接近磁体的居里温度附近突然加剧。加热后样品的表面有熔融状物质出现,推测是由于样品发生了某些相变或样品中的低熔点物质在高温下析出。(5)在多畴的单个晶粒中,将样品加热到居里点后降温,磁畴的结构发生了改变,这是因为在单个晶粒中畴壁能的分布是均匀的,因此降温后磁畴的成核具有随机性。片状畴热退磁后产生了封闭畴,封闭畴位于样品的边缘封闭了主畴的两端,避免了磁极的出现,从而降低样品的退磁场。
【图文】：

稀土永磁材料,磁体,最大磁能积

- 3 -图1.1 稀土永磁材料的发展Fig.1.1 The progress of rare earth permanent magnetic materials1961 年 Strnat 等人开始探寻新的永磁材料的课题并于 1967 年发现了具有高磁晶各向异性的 YCo5[5]。由于 Y 与稀土同族，，他由此提出不仅 YCo5其它大部分 RCo5化合物的整个“家族”都具有被发展成为新的永磁材料的潜力。Strnat的实验室最初制备的 YCo5磁体的矫顽力还很低，最大磁能积只有 1 MGOe。随后他们发现在 SmCo5中更容易获得高的矫顽力，使 SmCo5磁体的最大磁能积达到了 5.1 MGOe。接着，荷兰菲利浦的 Vege 和 Buschow[6]在 1968 年制备出了磁能积为 18.5 MGOe 的 SmCo5磁体。此后，Das[7]，Benz 及 Martin[8-10]又分别于 1969 和 1971 年左右采用液相烧结的方法制作出全密度的 SmCo5磁体，使最大磁能积达到 16～20 MGOe。SmCo5磁体的发现标志着第一代稀土永磁材料的诞生。在制备 YCo5的同时 Strnat 也发现了 Y2Co17

示意图,磁化过程,矢量,磁矩

r表示。图1.2 磁化过程中磁矩矢量分布示意图[17]Fig.1.2 The diagram of vector distribution of magnetic monment during magnetization图 1.2 为各向异性多晶体磁化过程中，各个阶段磁矩矢量分布的示意图[17]。磁体在热退磁状态下（O 点）的磁矩沿各个方向随机分布，因此整体不显示磁性。在外磁场的作用下，原本热退磁态随机取向的磁矩逐渐转向与外磁场一致
【学位授予单位】：宁波大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM273

【参考文献】