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高性能烧结钕铁硼磁体的晶界设计与控制

2020-12-01阅读(680)

高性能烧结钕铁硼磁体的晶界设计与控制

论文摘要

易腐蚀、脆性大、工作温度偏低是制约烧结钕铁硼进一步发展和应用的主要缺陷,研究表明这些缺陷几乎都与晶界相和晶界显微结构密切相关,因此如何控制和优化磁体的晶界结构是目前的研究热点。本文采用粉末冶金工艺制备了烧结钕铁硼磁体,通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、金相显微镜（OM）等分析仪器和手段,系统研究了主元合金成分Nd、B及热处理工艺对烧结NdFeB永磁材料晶界成分、晶界结构以及磁体性能的影响。还研究了晶界添加纳米ZrC粉末对晶界结构、成分、形貌以及磁体性能的影响。本文的主要研究结果如下:当Nd含量＜12.77at%时,富Nd相过少,合金烧结时收缩量少,密度过低,不能很好地起到去磁交换耦合作用,导致磁体的Hci、Hk/Hci和（BH）m都急剧下降。当Nd含量＞12.77 at%,超过Nd2Fe14B正分成分时,随Nd含量的增加,主相的体积分数减少,使磁体的Br相应减小,但富Nd相很好地削弱主相晶粒间的磁交换耦合作用,促进矫顽力提高,同时使磁体的Hk/Hci、（BH）m比较高。但是较多的晶间相,增加了易腐蚀阳极含量,加剧了晶间腐蚀,不利于磁体耐蚀性能的提高。根据相图可知,当B含量小于5.7%时,合金中出现了易基面的Nd2Fe17相,此时磁体的Br、iHc都比较低;当B含量在5.7～5.9%之间时,进入T1+T2+Nd相区,磁体有比较好的磁性能;当添加B过多,大于5.9%时,过量B形成非磁性的富B相,导致磁体Br下降,B含量过少或过多,均不利于耐蚀性的提高。磁体成分为Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76时,磁体的耐蚀性能和磁性能最佳。热处理可以明显改善磁体晶界相的成分、分布和形貌,促进晶界相的析出和均匀分布,从而提高了磁体的抗弯强度,磁体的抗弯强度在900℃时达到最大值,比未处理磁体的抗弯强度提高了将近50%。磁体的组织结构以及晶界相成分发生改变后,同样也会对磁体的耐蚀性能产生影响,在600℃以下进行热处理,随着富Nd相的增加,磁体的腐蚀电流增加。随着温度的进一步升高,达到1000℃时,磁体的晶粒长大,富钕相减少了网络状分布,从而提高磁体的耐蚀性能,在1000℃时Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76磁体的腐蚀电流达到了最小值。考虑到磁体的磁性能,对于Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76磁体而言,进行900℃时效2h处理可以得到最为理想的综合性能。ZrC纳米粉末可以在＜0.07%添加范围内提高Nd14.37Dy0.4FebalAl0.98Nb0.14B6.57磁体的矫顽力、剩磁、最大磁能积和耐蚀性能,当添加量为0.03%时磁体具有最好的综合性能。从磁体的能谱分析可以看出,添加的纳米ZrC粉末没有进入主相,也就是说没有改变磁体的内禀性能,只是集中在晶界富Nd相当中,改变了晶界相的电极电位等理化特性,从而提高了磁体的耐蚀性,但考虑到磁体的磁性能,添加ZrC改善磁体耐蚀性只能在一定范围内进行。当添加的粉末过多的时候,反而会使磁体的性能发生恶化。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 永磁材料的发展历程
  • 1.2 烧结钕铁硼的微观组织和性能
  • 1.2.1 烧结钕铁硼的相组成
  • 1.2.2 烧结钕铁硼的主要磁性能指标
  • 1.2.3 烧结钕铁硼的力学性能
  • 1.2.4 烧结钕铁硼的耐蚀性
  • 1.3 选题目的、意义及研究内容
  • 第二章 实验方法
  • 2.1 烧结钕铁硼磁体制备流程示意图
  • 2.1.1 合金设计、配料
  • 2.1.2 合金冶炼、速凝薄带的制备
  • 2.1.3 氢爆制粉
  • 2.1.4 气流磨制粉
  • 2.1.5 磁场取向成型
  • 2.1.6 烧结及回火热处理
  • 2.2 磁体性能检测及微观组织结构观察
  • 2.2.1 磁性能测量
  • 2.2.2 力学性能测量
  • 2.2.3 耐蚀性能测量
  • 2.2.4 磁粉粒度、磁体密度和氢、氧含量测定
  • 2.2.5 扫描电镜及金相组织结构观察和分析
  • 2.2.6 X射线衍射仪分析
  • xDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48By晶界结构和磁体性能的影响'>第三章 Nd、B含量对NdxDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48By晶界结构和磁体性能的影响
  • 3.1 引言
  • 3.2 Nd含量对磁体磁性能和耐蚀性能的影响
  • xDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.74的磁性能'>3.2.1 NdxDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.74的磁性能
  • xDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.74的耐腐蚀性能'>3.2.2 NdxDy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.74的耐腐蚀性能
  • 3.3 B含量对磁体磁性能和耐蚀性能的影响
  • 13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48Bx的磁性能'>3.3.1 Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48Bx的磁性能
  • 13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48Bx的耐腐蚀性能'>3.3.2 Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48Bx的耐腐蚀性能
  • 3.4 小结
  • 13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76磁体的晶界结构和磁体性能的影响'>第四章 热处理对Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76磁体的晶界结构和磁体性能的影响
  • 13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76抗弯强度的影响'>4.1 热处理对Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76抗弯强度的影响
  • 13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76耐蚀性能的影响'>4.2 热处理对Nd13.31Dy0.48Febal（AlGaNbZr）0.48B5.76耐蚀性能的影响
  • 4.3 热处理温度对磁性能的影响
  • 4.4 小结
  • 第五章 晶界添加ZrC纳米粉末磁体的晶界结构和性能
  • 5.1 引言
  • 5.2 ZrC粉末改性磁体的磁性能及显微结构
  • 5.3 磁体的抗腐蚀性能
  • 5.4 小结
  • 第六章 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士期间发表论文、专利
  • 发表论文:
  • 申请专利:

    • 相关论文文献

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