烧结NdFeB永磁材料的晶界相改性及其显微结构

论文摘要

NdFeB永磁材料自1983年诞生以来由于其突出的磁性能而被深入研究和广泛应用,它的发展带动了整个下游产业如通讯、电子、医疗和汽车行业的进步和产品更新,NdFeB产业已成为国民经济发展的重要组成部分。随着以动力马达为代表的新应用领域不断拓展,对其磁性能、耐腐蚀性、热稳定性和力学性能等综合性能的要求也越来越高,提高磁体的综合性能已成为NdFeB材料研究的一个重要方向。NdFeB永磁材料的性能不仅与成分有关,而且还受到材料显微组织尤其是晶界相显微结构的影响。通过晶界相改性来优化材料性能以及关于晶界富钕相特性的研究一直受到人们的重视。本论文以烧结NdFeB永磁材料的晶界相为主要研究对象,研究了晶界添加氧化物和氮化物对材料磁性能性和耐腐蚀性的影响。通过电子显微观察总结了晶界富钕相的成分分布特性,揭示了富钕相晶体结构随成分的变化规律。此外,采用新型放电等离子烧结（SPS）技术制备了Nd15Dy1.2Fe77Al0.8B6磁体,研究了工艺参数对磁性能和晶界富钕相的影响。采用球磨混粉的方式将CaO、MgO、ZnO、Si3N4和BN粉末添加至Nd15Dy1.2Fe77Al0.8B6和Nd22Fe71B7磁体的晶界相中。研究结果表明,两种磁体的剩磁均略有上升,三元Nd22Fe71B7磁体的晶粒尺寸明显细化,是其矫顽力和热稳定性得到大幅提高的主要原因。由于氧化物的加入,使晶界相中高氧含量富钕相增多,提高了晶界相的化学稳定性,反应釜加速氧化腐蚀实验和电化学测试结果显示,晶界添加氧化物使材料在湿热环境和电化学环境中的耐腐蚀性得到明显改善。实现了在磁性能不降低的基础上改善材料的热稳定性和耐腐蚀性。采用透射电子显微分析研究了三元NdFeB永磁材料晶界富钕相成分和晶体结构的关系。微区成分分析表明,不同晶体结构的富钕相以及同一富钕相内的不同区域均存在明显的成份差异,其成份差异主要来自于O和Nd含量的差别,不同晶体结构的富钕相中O和Nd含量为近似线性的关系。烧结NdFeB磁体中存在dhcp、fcc、hcp和Ia 3四种晶体结构的富钕相,富钕相的晶体结构主要由氧含量决定,随着氧含量的增加富钕相的晶体结构发生以下转变:dhcp→fcc→hcp。在当前实验条件下,富钕相晶体结构和氧含量的关系如下:（a） dhcp:<9 at. %;（b） fcc:11-43 at. %;（c）hcp:55-70 at. %;（d） Ia3|-:～25at. %。因此,可实现通过测量富钕相的氧含量,来确定其晶体结构。采用SPS技术制备了各项异性的Nd15Dy1.2Fe77Al0.8B6永磁材料,烧结过程中初始压力过大将导致材料烧结不致密,因此为获得高密度的材料,在SPS初始阶段需缓慢加压。采用SPS技术可制备出晶粒细小均匀的NdFeB永磁材料。回火处理使SPS磁体磁性能尤其是矫顽力明显提高。回火处理改善了SPS磁体晶界相与主相之间的润湿性,并填充了烧结后留下的孔洞,使晶界相分布连续。选区电子衍射结果表明,回火处理有利于富钕相的晶化,晶界富钕相以fcc和Ia 3有序结构存在。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 高性能烧结 NdFeB 永磁材料的关键技术
• 1.2.1 采用甩带工艺制备速凝薄带
• 1.2.2 氢爆碎和高能气流磨制粉工艺
• 1.2.3 橡皮模等静压脉冲磁场成型工艺
• 1.2.4 多室连续多功能烧结技术
• 1.2.5 高压气淬、对流加热热处理技术
• 1.2.6 双合金法
• 1.3 烧结 NdFeB 永磁材料的显微组织
• 2Fe₁₄B相'>1.3.1 基体Nd₂Fe₁₄B相
• 1.3.2 晶界富钕相
• 1.4 添加物对NdFeB 永磁材料磁性能和显微组织的影响
• 1.4.1 添加金属元素的NdFeB 磁体
• 1.4.2 添加非金属元素的NdFeB 磁体
• 1.4.3 添加化合物的NdFeB 磁体
• 1.5 NdFeB 永磁材料的腐蚀机理和防护
• 1.5.1 腐蚀机理
• 1.5.2 提高NdFeB 材料耐蚀性的方法
• 1.6 本论文的研究背景及研究内容
• 参考文献
• 第二章 烧结NdFeB永磁材料的制备和测试方法
• 2.1 引言
• 2.2 制备工艺
• 2.2.1 合金成分的选择
• 2.2.2 合金成分的熔炼
• 2.2.3 制粉和压型
• 2.2.4 烧结和热处理
• 2.3 检测方法
• 2.3.1 磁性能的测量和热稳定性的评估
• 2.3.2 密度的测量
• 2.3.3 耐腐蚀性测试
• 2.3.4 显微组织观察和结构分析
• 2.4 工艺参数对NdFeB 磁体磁性能的影响
• 2.4.1 显微组织
• 2.4.2 取向程度对磁性能的影响
• 2.4.3 烧结和热处理工艺对磁性能的影响
• 2.5 本章小节
• 参考文献
• 第三章 晶界添加氧化物或氮化物对 NdFeB永磁材料磁性能和显微组织的影响
• 3.1 引言
• 3.2 试样的制备
• 3.3 晶界添加氧化物对NdFeB 磁体磁性能的影响
• 15Dy_1.2Fe₇₇Al_0.8B₆磁体'>3.3.1 添加CaO 或MgO 的Nd₁₅Dy_1.2Fe₇₇Al_0.8B₆磁体
• 22Fe₇₁B₇磁体'>3.3.2 添加MgO 或ZnO 的Nd₂₂Fe₇₁B₇磁体
• 3.4 晶界添加氮化物对NdFeB 磁体磁性能的影响
• 22Fe₇₁B₇磁体热稳定性影响的初步研究'>3.5 添加氧化物或氮化物对 Nd₂₂Fe₇₁B₇磁体热稳定性影响的初步研究
• 3.6 本章小结
• 参考文献
• 第四章 晶界添加氧化物对 NdFeB永磁材料耐腐蚀性的影响
• 4.1 引言
• 4.2 NdFeB 磁体在湿热环境中的耐腐蚀性
• 4.2.1 NdFeB 磁体在湿热环境中的氧化腐蚀机理
• 4.2.2 添加氧化物对NdFeB 磁体在湿热环境中耐腐蚀性的影响
• 4.3 NdFeB 磁体的电化学腐蚀
• 4.3.1 电化学腐蚀机理
• 4.3.2 电化学极化曲线
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第五章 放电等离子烧结NdFeB永磁材料的磁性能和晶界相
• 5.1 引言
• 5.2 试样的制备
• 5.3 放电等离子烧结工艺参数对NdFeB 磁体磁性能的影响
• 5.3.1 初始加载温度对NdFeB 磁体性能的影响
• 5.3.2 放电等离子烧结温度和回火处理对NdFeB 磁体性能的影响
• 5.3.3 放电等离子烧结和传统烧结工艺制备NdFeB 磁性材料的磁性能
• 5.4 放电等离子烧结NdFeB 磁体的显微组织观察
• 5.5 本章小结
• 参考文献
• 第六章 烧结NdFeB永磁材料的晶界富钕相
• 6.1 引言
• 6.2 烧结 NdFeB 永磁材料的显微组织
• 6.3 富钕相晶体结构与氧含量的关系
• 6.4 NdFeB 永磁材料的氧含量与磁性能和耐腐蚀性的关系
• 6.5 本章小结
• 参考文献
• 第七章 主要结论和创新点
• 7.1 主要结论
• 7.2 创新点
• 攻读博士学位期间发表和录用的学术论文及申请的专利
• 致谢