烧结钕铁硼磁体的晶界调控与性能研究

发布时间：2017-12-18 16:38

  本文关键词：烧结钕铁硼磁体的晶界调控与性能研究

  更多相关文章： 烧结Nd-Fe-B磁体 磁性能 显微结构 晶界相 热稳定性

【摘要】：烧结Nd-Fe-B磁体具有极大的磁能密度,因而在消费类电子产品、节能家电、医疗设备等领域有着广泛的应用。随着现代科技的快速发展,越来越多的由电能转化为机械能的装置需要NdFeB型磁体以减小体积,提高效率。最近,以混合电动汽车、电动汽车、风力发电为代表的环境友好型产业对NdFeB型磁体的需求进一步扩大。然而,烧结Nd-Fe-B磁体相对较差的热稳定性导致其磁性在高温下容易退化,无法满足特殊环境下的应用需求。为了改善Nd-Fe-B磁体的热稳定性,需要更高的室温矫顽力以补偿其在高温下的磁通损失。在提高烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力方面一是引入重稀土Dy/Tb以提高Nd2Fe14B主相的磁晶各向异性场,二是优化磁体微观结构以限制主相晶粒边界处的反磁化畴形核。本文的工作即是为了提高烧结Nd-Fe-B磁体的室温矫顽力和热稳定性以使该类磁体能够在更广泛的温度范围内适用为了提高烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力和热稳定性以高温应用,一种新颖的铽硫化物粉末被晶界添加到(Pr0.25Nd0.75)30.6Cu0.15FebalB1(wt%)基体磁体中。正如期望的那样,添加3 wt% Tb2S3,磁体的矫顽力大幅提高了约54%,而其剩磁和最大磁能积没有出现大幅降低。用电子显微分析仪(EPMA),我们可以观察到Tb主要存在于Nd2Fe14B主相晶粒的表面区域,形成了一个发展完好的富Tb相,导致主相磁晶各向异性场HA得到提高,这也是磁体矫顽力大幅提高的原因。此外,与未添加Tb2S3磁体相比,晶界添加Tb2S3磁体在室温到100℃下的剩磁可逆温度系数a、矫顽力可逆温度系数β以及室温到150℃下的不可逆磁通损hirr值均降低,表明磁体的热稳定性得到有效提高。根据二元含Dy合金相图,设计了成分为Dy88Mn12(熔点为855℃)的低熔点共晶合金作为辅合金。通过双合金方法将不同含量的Dy88Mn12微粉晶界添加到初始磁体中,系统研究了晶界添加Dy88Mn12合金对Nd-Fe-B磁体的磁性能、显微结构及热稳定性的影响。当Dy88Mn12含量从0提高到4 wt%时,磁体矫顽力从12.56 kOe提高到17.49 kOe,而磁体剩磁仅略微降低。扫描电子显微镜(SEM)和EPMA结果显示随着Dy88Mn12的添加,获得了连续且均匀的晶界相,导致2：14：1主相晶粒被很好的隔开,这将有利于提高Nd-Fe-B磁体的矫顽力。同时,我们发现Dy富集在2：14：1主相晶粒的表层区域,取代主相晶粒中的Nd以形成(Nd,Dy)2Fei4B壳层结构。(Nd,Dy)2Fei4B相增大的磁晶各向异性场是磁体矫顽力提高的主要原因。此外,随着Dy88Mn12添加磁体的热稳定性得到了有效提高。添加0-4 wt%在20℃至100℃温度范围下磁体剩磁温度系数a从-0.115%/℃提高到-0.107%/℃,矫顽力温度系数β从-0.744%/℃提高-0.696%/℃。另外,4 wt%添加磁体暴露在150℃下2小时后的不可逆磁通损hirr低于4%,进一步表明Nd-Fe-B磁体的热稳定性能通过晶界添加Dy88Mn12合金来大幅提高。此外,根据Tb-Ga合金相图,我们选择了另外一种共晶合金Tb90Gaio(熔点为880℃)作为辅合金添加物,在烧结过程中以促进晶界相的流动和形成磁硬化层。添加3 wt% Tb9OGa10到(Pr0.25Nd0.75)30.6Cu0.15FebalB1基体磁体中,磁体的矫顽力从12.58 kOe提高到21.73 kOe,增长了约72.7%,而剩磁和最大磁能积仅分别降低了7.9%和14.0%。矫顽力提高的原因是优化的晶界相以及在2：14：1基质晶粒的表层区域形成了完备的Tb取代相。另外,Th90Ga10添加磁体在20℃至100℃的a和β值小于基体磁体的a和β值,并且hirr值也随着Tb90Ga10的添加而急剧降低。与温度相关的磁性结果表明晶界添加Th90Ga10合金,烧结磁体的热稳定性将同时得到有效地提高。
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM27

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本文编号：1304885