油酸辅助球磨制备各向异性稀土永磁粉末的研究

发布时间：2020-06-07 10:01

【摘要】：Nd-Fe-B系永磁材料由于具有高的矫顽力、高的剩余磁化强度和优异的磁能积,在汽车、风力发电等领域得到了广泛的应用。Sm-Co系永磁由于具有高的居里温度和优异的热稳定性,可应用于航空航天等特殊环境领域。其中,具有Tb Cu7结构的Sm-Co永磁材料近年来是研究的热点。相比于各向同性的永磁材料,各向异性的永磁材料的剩磁和磁能积更大。微型电机市场调研结果显示:使用各向异性磁粉生产的电机在相同性能的前提下,其质量和体积相比于各向同性磁粉生产的电机减少了50%,不仅节约了原材料,还降低了成本,产品更加轻便也提高了市场竞争力。本论文使用油酸辅助球磨技术,制备了各向异性的稀土永磁Nd-Fe-B和Sm(Co,Zr)7纳米薄片。以Nd-Fe-B合金铸锭为球磨原料,研究了球磨工艺参数对球磨产物的结构和磁性能的影响。以快淬Nd-Fe-B合金薄带为球磨原料,研究了快淬薄带的各向异性与否对球磨产物物相、形貌和磁性能的影响。此外,还研究了辊速对快淬Sm(Co,Zr)7合金显微组织和磁性能的影响,并以快淬Sm(Co,Zr)7合金薄带为球磨原料,研究了球磨产物的物相、形貌和磁性能。最后,以Sm(Co,Zr)7合金铸锭为球磨原料,研究了球磨时间对球磨产物的结构和磁性能的影响。首先,采用油酸辅助球磨工艺,以Nd13.5Fe80Nb0.3B6Al0.2合金铸锭为球磨原料,成功制备了长度约为0.2-1μm的各向异性Nd-Fe-B纳米薄片。研究了球磨时间和油酸含量对球磨磁粉的显微组织和磁性能的影响。没有添加油酸球磨后的磁粉为各向同性的,形貌为椭球状;而添加了油酸球磨后的磁粉为各向异性的,形貌为薄片状。随着油酸含量的增加,球磨磁粉的剩磁比逐渐增大,当油酸含量为40%时,具有最大的剩磁比0.75。其他参数不变的情况下,随着球磨时间的增加,球磨磁粉的矫顽力先增大后降低。当球磨时间为5 h,油酸含量为40%时,球磨磁粉具有最大的矫顽力221 k A/m。球磨后的磁粉泥浆在磁场下真空干燥,使大部分磁粉的c轴排列一致,干燥后能够保持较好的各向异性,但没有了油酸的包覆,较易发生氧化而使矫顽力降低。其次,通过油酸辅助球磨快淬Nd-Fe-B薄带,研究了薄带的各向异性对球磨后粉末性能的影响。采用熔体快淬工艺,8 m/s辊速下的快淬Nd13Fe80B7合金薄带为各向异性,磁性能较差;而20 m/s辊速下的快淬Nd13Fe80B7合金薄带基本为各向同性,磁性能较好。以快淬薄带为原料进行油酸辅助球磨,快淬薄带的各向异性与否对球磨产物的物相和形貌没有明显的影响,但快淬薄带的矫顽力越大,球磨后磁粉的矫顽力越大。再次,以快淬Sm Co6.8Zr0.2合金薄带为球磨原料,采用油酸辅助球磨工艺制备了各向异性的Sm(Co,Zr)7纳米薄片。研究了辊速对快淬薄带显微组织和磁性能的影响,以及快淬薄带球磨后磁粉的物相、形貌和磁性能。辊速为5 m/s和15 m/s的快淬薄带的晶粒为长轴晶,辊速在30 m/s的快淬薄带的晶粒为等轴晶,矫顽力随辊速的增加而增大,30m/s辊速的薄带面内方向和面外方向的矫顽力分别为162 k A/m和381 k A/m。球磨后的磁粉薄片长度约为2-5μm,厚度约为300-450 nm,具有一定的各向异性,矫顽力的大小介于快淬薄带面内和面外方向的矫顽力,晶粒相比于快淬薄带得到了一定的细化。此外,比较了油酸辅助球磨和普通干法球磨后磁粉的物相和磁性能。普通干法球磨所制备的磁粉非晶化现象较严重,矫顽力约为油酸辅助球磨所得磁粉的一半,剩磁比也较低。最后,以Sm Co6.5Zr0.5合金铸锭为球磨原料,采用油酸辅助球磨工艺制备了各向异性的Sm(Co,Zr)7纳米薄片。研究了球磨时间对于球磨产物的显微形貌和磁性能的影响。随着球磨时间的增加,球磨后磁粉的尺寸和晶粒逐渐细化,且矫顽力先增加后降低,球磨9 h时具有最大的矫顽力。球磨后磁粉的剩磁比均在0.72-0.85范围内,说明磁粉有较好的各向异性。总体而言,论文在Nd-Fe-B和Sm-Co两种高性能稀土永磁粉末的自上而下制备工艺上进行了较系统的探索,对于发展各向异性稀土永磁粉末的制备工艺具有积极的意义。
【图文】：

磁性材料,硬磁材料,技术磁化,磁石

具有现代指南针雏形的司南（如图 1-1）就行等活动中已经被广泛使用，而“Magnet”英文名的Magnetsia”的地方挖掘到天然的磁石而得名[1]。现如，磁性材料在人们生产生活中的各个领域已得到了能源汽车、风力发电设备和其他自动化设备等，对推动作用。磁性材料主要包括软磁和硬磁材料、半磁致伸缩材料和磁性液体等。磁性材料中应用最广外加磁场条件下容易被磁化，，具有较高的磁导率，较小，一般小于 80 kA/m，像变压器里的硅钢片就耗，并大量应用于电力行业；硬磁材料也叫永磁材具有较高的矫顽力，当技术磁化达到饱和后去掉外

参量,磁滞回线,技术

华南理工大学工程硕士学位论文1.2 稀土永磁的技术磁参量稀土永磁中的技术磁参量包括 Tc（居里温度），Ms（饱和磁化强度）和 HA（各向异性场）等内禀磁参量；Hc（矫顽力），Mr（剩余磁化强度）和(BH)max（磁能积）等外禀磁参量。前者为非结构敏感参量，材料的化学组成和晶体构造是其主要的影响因素；后者为结构敏感参量，除与化学组成和晶体构造有关外，晶粒的取向和尺寸大小、掺杂和缺陷也是其影响因素。一个完整的磁滞回线中所包含的技术磁参量如图 1-2 所示[2]。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TF123

【参考文献】