淬速对Nd_9Fe_(70)Ti_3C_1Nb_3B_(14)快淬薄带晶化相变和磁性能的影响

采用不同的淬速(辊速Vs=10,15,20,25,30 m·s-1)制备了Nd_9Fe_(70)Ti_3C_1Nb_3B_(14)合金快淬薄带,并研究了薄带的晶化相变及其退火后的磁性能随快淬速度提高而发生的变化。结果表明:在淬速15和20 m·s-1之间有一个临界淬速,在临界淬速以下制备的低淬速薄带由非晶和少量Nd_2Fe_(14)B,Fe3B和α-Fe纳米晶组成,而在临界淬速以上制备的高淬速薄带由完全非晶构成。随着淬速的提高,薄带中非晶的热稳定性逐步提高。低淬速薄带晶化过程的相变为AP+Nd_2Fe_(14)B+Fe_3B+α-Fe→Nd_2Fe_(14)B+Fe_3B+α-Fe+Nd_3Fe_(20)B_2→Nd_2Fe_(14)B+Fe_3B+α-Fe,而高淬速薄带晶化过程的相变为AP→AP'+Nd_3Fe_(20)B_2→Fe_3B+Nd_3Fe_(20)B_2→Nd_2Fe_(14)B+Fe_3B+α-Fe。优化退火后,尽管不同淬速薄带的剩磁差别不大,但低淬速薄带的最佳矫顽力和磁能积分别比高淬速薄带的高28.41%和20.12%。     

熔体过热对Nd_9Fe_(70)Ti_4C_2B_(15)快淬薄带组织演化和磁性能的影响

在不同的熔体过热温度T+(T+=1565 K,1585 K,1625 K)下制备了Nd_9Fe_(70)Ti_4C_2B_(15)合金快淬薄带(辊速为10 m·s-1),研究了薄带的微观组织及其磁性能随T+提高而发生的变化。结果表明,快淬组织中的非晶含量随着T+提高而明显增大,T+为1625 K的快淬组织呈现出完全非晶结构。快淬组织的结构差异导致其退火所得Nd_2Fe_(14)B,Fe_3B和α-Fe的纳米复合组织的晶粒尺寸和硬磁性相含量明显地不同。随着T+从1565 K提高到1625 K,纳米复合组织的平均晶粒尺寸增大了约8 nm,并且Nd2Fe14B相在复合组织中的相对含量减小了约5%~6%,这导致退火薄带的磁性能随之下降。经过1080 K×5 min退火后,T+为1565 K的快淬薄带获得了最佳综合磁性能:Hci=720.68 k A·m-1,Br=0.74 T,(BH)max=72.03 k J·m-3。     

NdFeB/SmCo_5复合永磁体界面反应规律研究

对NdFeB/SmCo_5复合永磁体界面反应可能生成的合金相及其形成能力进行了分析,以控制NdFeB和SmCo_5两硬磁相间的界面反应,有效改善复合磁体的磁性能。利用Miedema理论和几何外推模型,计算了NdFeB/SmCo_5复合体系可能反应生成的系列合金相的形成焓,分析了2∶14∶1和1∶5两硬磁合金相的元素替代规律,得出了NdFeB与SmCo_5间的界面反应热力学规律。结果表明:2∶14∶1和1∶5合金相的形成焓随稀土元素改变而变化,且1∶5合金相的形成焓更负;SmCo_5合金相较Nd2Fe14B合金相更稳定,但是稀土含量为33.3%的SmCo_2合金相的形成焓更负,其形成能力优于SmCo_5合金相;Nd(或Pr)或Fe取代SmCo_5合金相中的Sm或Co后增大了其形成焓,降低了1∶5相的形成能力;然而,Sm或Co取代Nd_2Fe_(14)B合金相中的Nd或Fe反而使2∶14∶1相的形成焓更负,增强了其形成能力。Nd_2Fe_(14)B合金相转变成Nd_2Co_(14)B合金相的热力学驱动力要显著高于其转变成Sm_2Fe_(14)B合金相的,使得Nd_2Fe_(14)B合金相优先发生界面反应形成Nd_2(Fe,Co)_(14)B合金相,而SmCo_5合金相则倾向于形成更稳定的SmCo_2合金相。     

SPS烧结双主相Nd_2Fe_(14)B-Ce_2Fe_(14)B稀土永磁材料微观结构的研究

研究了放电等离子烧结(SPS)技术制备的双主相Nd_2Fe_(14)B-Ce_2Fe_(14)B稀土永磁材料的微观结构。结果表明,使用SPS等离子烧结炉能够在较低烧结温度和较少保压时间下制备高密度的烧结双主相Nd_2Fe_(14)B-Ce_2Fe_(14)B稀土永磁材料,其微观组织是由独立的Nd_2Fe_(14)B相和Ce_2Fe_(14)B相均匀分布构成;退火能够使烧结后还未晶化的非晶体晶化,且SPS等离子烧结能够使烧结双主相Nd_2Fe_(14)B-Ce_2Fe_(14)B稀土永磁材料发生很少的稀土元素扩散。随着退火温度的升高,Nd_2Fe_(14)B相和Ce_2Fe_(14)B相之间稀土元素的扩散距离增大。     

Nd-Fe-B三元相图

本工作通过对Nd-Fe-B三元合金样品退火态显微组织的观察,以及微区成分分析和物相鉴定,确定了Nd-Fe-B成分三角在室温下平衡相区的划分。采用差热分析测量了Nd-Fe-B合金的相变点,绘制了Nd=11.76at。％、B≤44.56at。％和B=5.88at。％、Nd≤45.41at。％两个三元垂直剖面相图。这两个剖面相交于Nd_2Fe_(14)B化合物相的正分点,因此,专门讨论了Nd_2Fe_(14)B合金的热分析曲线,结果发现:Nd_2Fe_(14)B合金从液态冷却凝固时,Nd_2Fe_(14)B相的析出是经包晶反应完成的,该合金的铸态形貌也充分说明了这一点。     

轻稀土Ce对Nd-Fe-B永磁材料的结构与磁性能影响

轻稀土铈替代稀土永磁材料钕铁硼中的钕是降低生产成本、平衡稀土资源利用比较有效的方式。本文首先通过调节合金成分研究了制备Nd_2Fe_(14)B单相的工艺,其次以轻稀土铈部分替代钕的方式通过X射线衍射仪、扫描电镜及振动样品磁强计分别研究了(Nd_(1-x)Ce_x)_(11.76)Fe_(81.39)B_(6.85)(x=0.0,0.1,0.2)物相的晶体结构、微观组织及磁性能。研究结果表明替代后的物相均为Nd_2Fe_(14)B型的四方相。通过在600℃下烧结2小时,随着铈添加的含量增多合金的内禀矫顽力以及剩磁虽然有所下降,但当铈含量添加到20%(x=0.2)时,合金的内禀矫顽力和剩磁仍然可达到9.31kOe和98.80emu/g。     

退火热处理对快淬态La_(15-x)Sm_xFe_2Ni_(76)Mn_5B_2储氢合金组织结构及电化学性能的影响

采用中频感应熔炼-快淬方法制备La15-xSmxFe2Ni76Mn5B2(x=0,2,4,6)型储氢合金。结构分析表明:快淬态La15-xSmxFe2Ni76Mn5B2(x=0,2,4,6)合金为多相结构,主相为La Ni5相,另外还有La3Ni13B2相和(Fe,Ni)相。快淬合金经1173 K保温3小时,而后随炉冷却到室温,随着Sm替代La的量不同,合金的组成相有着不同的变化。电化学测试表明,退火热处理明显提高了合金电极的最大放电容量,改善了合金电极的自放电性能。退火合金电极的高倍率放电能力均低于快淬合金,表明储氢合金电极的电化学动力学性能有所下降。     

NdFeB永磁合金物相检验及分析方法的研究

采用普通金相,彩色金相,电子探针,电镜及x射线衍射等方法确定,NdFeB永磁合金中的物相主要为Nd_2Fe_(14)B、富Nd相及富B相。发现在普通条件下,只有富Nd相有吸附磁粉作用,且易氧化。基体相Nd_2Fe_(14)B是NdFeB永磁合金磁能积的主要影响因素,而富B相和基体相是影响矫顽力iHc的主要物相。     

Ce掺杂对Nd-Pr-Ce-Fe-Al-B快淬带微结构与磁性能的影响

采用熔体快淬技术制备了[(Nd_(0.76)Pr_(0.24))_(1-x)Ce_x]_(12)Fe_(79)Al_3B_6(x=0～0.3)系列快淬薄带,对其微观结构和磁性能进行了研究。实验表明,随着Ce含量增加快淬带磁性能整体呈下降趋势,x=0.2时其磁性能出现反常增大,此时H_(cj)=8.38 k Oe,B_r=8.68 k Gs,(BH)_(max)=14.42 MGOe。HRTEM/EDS分析发现,x=0.2的快淬带平均晶粒尺寸在所有快淬带中最为细小均匀,约为28 nm,且其2:14:1相晶粒存在较高的成分波动,表明出现了相分离。δM(H)曲线分析发现,x=0.2快淬带晶粒间交换耦合作用出现反常增大。晶粒细化和相分离是x=0.2快淬带磁性能反常增大的主要原因。     

边界结构改性对烧结钕铁硼矫顽力的影响

对边界结构改性对磁体的显微组织结构和磁性能以及温度特性的影响进行了研究。设计了第一主相磁粉合金成分Nd_(24)Pr_6Co_(1.8)Fe_(61.1)Nb_(0.6)Al_(0.30)Cu_(0.2)B_(1.0),第二边界区结构合金成分Dy_(30)Fe_(68.2)Nb_(0.6)Al_(0.3)Cu_(0.2)B_(1.0),第三晶界相合金成分Nd_(40)Pr_(10)Fe_(47)Cu_(2.0)B_(1.0)。发现边界结构改性可以在基本不影响或者很小影响剩磁的前提下大幅度提高矫顽力。边界结构改性工艺主要是使重稀土元素Dy通过晶界扩散进入到Nd2Fe14B主相晶粒边界区而不是晶粒芯部,在Nd_2Fe_(14)B主相晶粒边界区形成具有高磁晶各向异性场的(Nd,Dy)_2Fe_(14)B壳层结构,从而达到大幅度提高矫顽力的目的。     

过量Ce配比提升快淬Ce-Fe-B磁性能的机制研究

Nd-Fe-B基永磁材料的广泛应用消耗了大量资源紧缺的Pr,Nd,Dy,而高丰度稀土元素Ce积压严重,近年来,发展含Ce的稀土永磁材料成为国家战略目标。但是Ce_2Fe_(14)B的内禀磁性能较差,还难以达到应用要求。在本文中,基于快淬+退火工艺制备了不同Ce含量的Ce_xFe_(14)B(x=2. 0,2. 2,2. 4,2. 6,2. 8,3. 0)合金,发现配比过量的Ce的可较大幅度提升合金的磁性能。选取退火态合金作对比,进一步研究其磁性能提升的机制,发现配比过量的Ce会导致出现CeFe_2软磁相,CeFe_2软磁相和Ce_2Fe_(14)B硬磁相之间的交换耦合作用可使快淬磁粉的剩磁Br和最大磁能积(BH)_(max)得到提升;正成分的Ce_2Fe_(14)B在快淬条件下形成了TbCu_7型结构的亚稳相,而配比过量的Ce可有效抑制TbCu_7结构的形成,这有利于形成细小均匀的晶粒组织,同时使晶界锐化,晶界的钉扎作用加强使材料的矫顽力机制由形核机制转变为钉扎机制,从而使合金矫顽力也得到提高。     

富稀土合金添加对烧结(MM,PrNd)-Fe-B微观组织和磁性能的影响北大核心

本文采用粉末冶金工艺制备了含有混合稀土的烧结(MM,PrNd)-Fe-B磁体,并研究了富稀土合金添加对磁体微观组织和磁性能的影响。未添加富稀土合金的MM_(7)(PrNd)_(24)Fe_(74.99)B_(1.01)磁体晶界相中存在La、Ce元素聚集现象,添加6%的(PrNd)_(41)Fe_(57.99)B_(1.01)富稀土合金能够部分消除这种聚集现象,同时矫顽力从11.15 kOe提高至11.98 kOe。微观分析表明,添加富稀土合金后,磁体具有双主相结构。晶界中的La、Ce会置换(PrNd)(2)Fe_(14)B主相中Pr、Nd元素,同时Pr、Nd会置换(MM,PrNd)(2)Fe_(14)B主相中La、Ce元素。晶界中La、Ce元素的均匀分布和双主相结构有助于提升磁体的矫顽力。     

快淬速度对Nd4.5Fe77B18.5合金显微组织的影响

研究了Nd4.5Fe77B18.5合金在不同快淬速度下,显微组织的变化.当快淬速度为3 m/s时,快淬带的组织为:Nd2Fe14B α-Fe Fe3B;当快淬速度为5 m/s时,快淬带的显微组织为Nd2Fe14B Fe3B;当快淬速度为7 m/s时,开始出现非晶相,快淬带的组织Fe3B 非晶;当快淬速度为20 m/s时,出现完全的非晶相.并分析了在不同快淬速度下形成不同显微组织的原因.     

非晶态钐铁合金晶化温度和时间的探究

通过XRD、SEM、DSC等手段分析了含钐量为24%的钐铁合金晶化过程不同阶段的微观形貌和物相组成,研究了温度和时间对非晶态钐铁合金晶化的影响。结果表明:即使钐铁合金快淬速度达到35 m/s,冷却速率达到1.03×10~6 K/s,其快淬薄带也只能形成10%～20%的非晶量;将快淬薄带球磨2.5 h后,Sm_2Fe_(17)主相已达到完全非晶,合金中仅存在少量α-Fe相。钐铁合金快淬薄带球磨2.5 h的非晶态粉末最佳晶化温度和时间分别是700℃和20 min。     

快淬对La0.67Mg0.33(NiCo)3贮氢合金电化学性能的影响

测试了AB3型贮氢合金La0.67Mg0.33(NiCo)3铸态与快淬态的电化学性能,用XRD和SEM测试了合金的微观结构,研究了快淬对AB3型贮氢合金电化学性能的影响.结果表明,快淬使合金的放电容量降低,对合金的活化性能没有明显影响;快淬降低了合金的容量衰减率,提高了合金的循环寿命,其主要原因是快淬使合金的晶粒显著细化.铸态和快淬态合金均具有多相结构,包括斜六面体的(La,Mg)Ni3相,六方的LaNi5相及少量的LaNi2相.快淬使合金中的LaNi2相含量增加,这是快淬使合金放电容量下降的一个主要原因.     

快淬纳米晶/非晶Mg2-xLaxNi (x=0～0.6)合金的贮氢动力学

为了改善Mg2Ni型合金气态及电化学贮氢动力学性能,用La部分替代合金中的Mg,用快淬技术制备了Mg2-xLaxNi(x=0,0.2,0.4,0.6)合金,用XRD,SEM,HRTEM分析了铸态及快淬态合金的微观结构;用自动控制的Sieverts设备测试了合金的气态贮氢动力学性能,用程控电池测试仪测试了合金的电化学贮氢动力学.结果发现,快淬无La合金具有典型的纳米晶结构,而快淬含La合金显示了以非晶相为主的结构,表明La替代Mg提高Mg2Ni型合金的非晶形成能力.La替代Mg明显地改变Mg2Ni型合金的相组成.当La替代量x=0.4时,合金的主相改变为(La,Mg) Ni3+ LaMg3.合金的气态及电化学吸放氢动力学对La含量及快淬工艺敏感,La替代使合金的吸氢动力学降低,但适量的La替代可以明显改善合金的放氢动力学及高倍率放电能力.适当的快淬处理可以提高合金的气态及电化学贮氢动力学,但获得最佳贮氢动力学的快淬工艺与合金的成分密切相关.     

快淬SmFe合金相结构及显微组织研究

采用快淬法制备SmFe合金的过程中,在不同快淬速率下会得到4种不同外部形貌的合金,采用XRD,SEM,EDS等方法分析不同快淬速率下SmFe合金的相组成及显微组织结构,研究快淬速率及Sm含量对快淬态合金薄带相组成和显微组织结构的影响。研究表明:随着快淬速率的升高,冷却速度及过冷度也随之升高,合金薄带的相组成与组织形貌发生较大的改变,当快淬速率达到15 m·s-1时,SmFe合金的相结构开始由Th2Zn17型晶体结构转变为TbCu7型结构,通过对不同快淬速率下获得的合金薄带进行SEM和EDS分析,确定快淬态的SmFe合金薄带均由α-Fe枝晶相、包晶SmFe相及富Sm相组成,并且随着快淬速率的升高,枝晶逐渐向等轴晶转变,晶粒得到一定程度的细化,当快淬速率达到40 m·s-1时,枝晶生长转变为球状晶生长,晶粒大幅度细化,同时偏析现象消失,组织分布均匀化;通过对在同一快淬速率下获得的不同Sm含量的快淬SmFe合金薄带进行XRD分析,发现Sm含量的降低有利于TbCu7型结构的SmFe合金的获得,经SEM与EDS分析,发现随着Sm含量的增多,合金组织中α-Fe枝晶相逐渐减少,富Sm相逐渐增多。     

铽纳米颗粒掺杂烧结高性能NdFeB永磁的研究

分别采用物理气相沉积和快淬-氢爆工艺制备了Tb纳米粉和主相Nd_2Fe_(14)B磁性粉末, 研究了Tb纳米颗粒掺杂对烧结NdFeB永磁磁性能和微观结构的影响. 结果表明, 随着纳米Tb粉含量的增加, 磁体的矫顽力逐渐升高, 剩磁和磁能积则呈下降趋势. 显微组织研究表明, Tb元素富集在主相晶粒的边界层位置, 这种分布方式不仅有效地提高了磁体的矫顽力, 而且降低了Tb的添加量, 从而减小了Tb的添加对磁体剩磁及磁能积的负面影响.     

Ho对烧结钕铁硼永磁体性能的影响

在工业生产线上制备了合金成分为(Pr-Nd)_(28.8-x)D_(y2)Ho_xFebalNb_(0.2)B_(1.05)的烧结钕铁硼永磁体,研究了Ho取代部分金属Pr-Nd对烧结钕铁硼永磁体磁性能、显微组织以及耐腐蚀性能的影响。研究结果表明,Ho取代部分金属Pr-Nd可促进合金片中Nd_2Fe_(14)B柱状晶的生长,使富Nd相以薄片状更均匀地分布于Nd_2Fe_(14)B主相晶粒之间,并使永磁体的显微组织致密化,从而有效提高其内禀矫顽力(但剩磁降低)及耐腐蚀性能,减少失重。当Ho添加量为3%时,产品表现出最好的综合性能,剩磁(Br)达到1.237T,内禀矫顽力(H_(cj))达到1.76 MA/m,J-H退磁曲线方形度(H_k/H_(cj))为0.99。     

Nd2(Fe,Al)14B/α-Fe纳米复相永磁体的显微结构和磁性能

本文研究了不同铝含量对Nd2(Fe,Al)14B/α-Fe纳米复相永磁材料显微结构和磁性能的影响.采用熔体快淬的方法制备实验样品,利用透射电镜观察铝对淬火态及不同热处理温度下样品组织结构和磁性能的影响.结果表明,在相同工艺下,铝的加入有利于快淬薄带非晶化,并将Nd2Fe14B相的析出温度向高温方向推移.同时,铝对合金的晶粒生长具有抑制作用,即细化晶粒.这种作用优化样品的组织结构,提高样品的剩磁和最大磁能积.