高Ce含量RE-Fe-B烧结磁体元素分布与磁性能研究

为了开发具有商业价值的高Ce含量RE-Fe-B磁体,提高高丰度稀土Ce的利用率,对不同Ce替代量RE-Fe-B磁体的磁性能和微观结构进行了研究。实验结果表明,Ce/(Ce+Nd)质量分数达到40%的双主相磁体仍保持着优良的磁性能,剩磁B_r达到1.31 T,最大磁能积(BH)_max达到310.56 kJ/m³。在Ce替代量为40%的单、双主相磁体中,Nd和Ce元素的置换行为存在差异,单、双主相磁体中Nd元素均偏向于进入主相晶粒,Ce元素则趋于聚集在晶界相或主相晶粒表层,且在双主相磁体中形成贫Ce主相和接近名义成分的(Nd_0.6Ce_0.4)_30.5(Fe, M)_balB_0.97主相。通过观察磁畴翻转分析了单、双主相磁体的磁化行为,研究了双主相磁体矫顽力增强机制：贫Ce主相的高各向异性场对富Ce主相的磁矩起到了钉扎作用。Nd和Ce元素扩散行为的研究为制备高Ce含量、高磁性能的商业化RE-Fe-B磁体提供了依据。     

晶界添加Dy_(79.73)Fe_(20.27)对烧结钕铁硼微观结构和磁性能的影响

晶界扩散提高烧结钕铁硼矫顽力优势明显,由于其工艺特性,对被扩散的磁体有尺寸限制,且需要专门设备和工序,使其在实际推广中受到一定限制。一些文献报道了通过直接晶界添加含Dy等重稀土合金扩散源,该工艺不再受尺寸限制,可取得类似扩散的结果,只是合金需专门制作。直接晶界添加容易得到的烧结钕铁硼磁体生产常用的原材料Dy_(80)Fe_(20)(质量分数)合金,又省略了制备Dy合金工序,实验采用的实际合金是Dy_(79.73)Fe_(20.27),同时将一级回火时间由原来的3 h加长到7 h。一方面补充了晶界相,使晶界更加清晰、完整、连续,去耦合效果更好,磁体H_(cj)提高;另一方面晶粒表面生成(Pr, Nd, Dy)_2Fe_(14)B,形成核壳结构,得到类似Dy扩散的效果,使磁体H_(cj)有效提升。H_(cj)综合提升效果优于其他文献晶界添加报告值。该工艺生产过程不再受毛坯尺寸限制,可以制得大块磁体。得到磁体性能为B_r=13.89 kGs、H_(cj)=21.32 kOe、(BH)_(max)=47.43 MGOe。对实际批产具有指导意义。     

混合稀土掺杂硬质合金刀具工作表面稀土富集相的能谱分析

在能谱(EDX)分析时,因La的Lβ1与Pr的Lα,Ce的Lβ1与Nd的Lα,La的LIIIab与Pr的Lβ1,Ce的LIIIab与Nd的Lβ1存在谱线重叠现象,而且混合稀土通常以La和Ce为主体元素,在分析混合稀土掺杂合金中含稀土物相时容易出现对Pr、Nd的遗漏。本文介绍La、Ce、Pr、Nd混合稀土掺杂的硬质合金刀具工作表面稀土富集相EDX分析的谱线拟合方法,并对刀具服役过程中La、Ce、Pr、Nd向刀具工作表面的定向迁移进行研究。结果表明,对存在谱线重叠现象的"相似元素"进行EDX分析,应该采用谱线拟合方法判断是否存在"相似元素",以防止出现元素的遗漏与误判;对以La、Ce为主体元素的混合稀土掺杂合金中含稀土物相进行EDX分析时,即使忽视了对Pr、Nd的分析,也不会影响对La、Ce在合金中作用行为规律的判断,但会遗失La、Ce、Pr、Nd在合金中作用行为的整体信息;在对C、S含量适中的金属材料加工过程中,混合稀土掺杂硬质合金工具中的La、Ce、Pr、Nd原子可以定向迁移至工作表面,但这种迁移是非同步的,Ce、Pr、Nd原子具有较La原子高的迁移速度。     

液相扩散对钕铁硼磁体性能和组织结构的影响

用双合金工艺在Nd13.05Dy0.23Fe80.12B6.5铸片主合金中分别添加质量分数为3％～20％的富稀土铸锭辅合金Nd38.2Cc11.8Fe44.88Al4.12B,研究在钕铁硼永磁体中用Ce部分地取代Nd时对永磁体的磁性能的变化规律.实验结果表明,在一定的烧结及热处理工艺条件下,辅合金加入量介于8％ ～ 12％(质量分数)时,磁体的内禀矫顽力和磁能积相对较高,对剩磁的影响不大.显微成分分析表明,采用双合金法,使组织中细小的颗粒状富稀土相增多,形成了更多的对矫顽力有贡献的富稀土相,并且富稀土相分布于晶界上.     

DyAl合金薄膜在NdFeB基体上真空热扩渗行为的研究

采用直流(DC)磁控溅射的方法,在烧结NdFeB磁体表面制备了DyAl合金薄膜,镀膜样品经真空热扩渗(800℃×6h)和时效处理(900℃×2.5h+490℃×5h),研究了样品的微观结构组织与磁性,并对Dy、Al元素在基体中的真空热扩渗行为进行了探讨。结果表明,随着DyAl合金薄膜厚度的增加,磁体的内禀矫顽力Hcj相应提高,内禀矫顽力Hcj提高176kA/m(2.2kOe)。通过对样品微观组织结构观察发现,Dy和Al元素沿晶界富Nd相优先扩散,大量集中分布在主相晶粒表层和富Nd相交界处,不仅改善了晶界表面浸润性,也改变了主相晶粒表层合金成分和微结构,这种晶粒表面与晶界相的改性导致烧结NdFeB磁体的内禀矫顽力Hcj提高。     

烧结温度对MM-Fe-B永磁体磁性能与微观结构的影响

利用白云鄂博共伴生混合稀土(MM)制备了MM-Fe-B永磁体,研究了烧结温度对磁性能与微观结构的影响。随着烧结温度的升高,磁体的密度逐渐升高,剩磁、矫顽力、最大磁能积先增大后减小。对比结果:当烧结温度为980℃时,磁性能最优,剩磁0. 862 T(8. 62 k Gs),内禀矫顽力171. 6 k A/m(2. 16 k Oe),最大磁能积84. 6 k J/m3(10. 63 MGOe)。与Nd Fe B最优烧结温度(1060℃)相比MM-Fe-B烧结温度有所降低,有利于节能减排。对磁体微结构分析发现磁体中存在Ce Fe2相,La元素富集于富稀土相中,磁体中存在大量的穿晶畴。探索利用共伴生混合稀土制备永磁体对稀土资源合理高效使用和环境保护具有重大意义。     

无重稀土烧结Nd-Fe-B磁体的显微结构和磁性能研究

对Ga、Al、Cu和Zr共同掺杂的烧结Nd-Fe-B磁体磁性能和显微结构进行研究，并通过回火工艺对磁体的矫顽力进行调控。结果表明：当一级回火为900℃×150 min,且二级回火为500℃×180 min时，磁体矫顽力H_cj从烧结态的14.33 kOe大幅提高到二级回火态的19.86 kOe,提高了38.6%;方形度H_k/H_cj由0.86增加到0.97;剩磁B_r仅从烧结态13.51 kGs略微下降到二级回火态的13.46 kGs;富稀土相分布更加连续和明显。研究分析表明，矫顽力大幅增加主要是由于含有少量的富Nd相和贫B相的烧结Nd-Fe-B磁体中Ga的掺杂改变了晶界相湿润性，降低了富稀土相中Fe元素的含量。本研究为无重稀土高矫顽力和高剩磁烧结Nd-Fe-B磁体步入产业化夯实了理论基础。     

晶界添加Pr-Cu对烧结Nd-La-Ce-Fe-B磁体磁性能和微观结构的影响

在高La-Ce含量(RE质量的40％)RE-Fe-B磁体晶界处添加不同量的Pr83Cu17合金粉,系统研究了 Pr83Cu17合金对磁体磁性能和微观结构的影响.结果表明,晶界添加Pr83Cu17合金可有效改善含La-Ce磁体的微观结构,富稀土晶界相分布变得清晰、连续,同时Pr元素扩散进入主相晶粒边缘形成核壳结构,有效提...     

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。     

添加La对NdFeB微观组织结构及快淬薄带磁性能的影响

研究了添加不同含量稀土La的Nd_(2.28)Fe_(13.58)B_(1.14)合金微观组织结构以及快淬薄带的磁性能。实验结果表明,添加La后,合金的物相组成仍为Nd_2Fe_(14)B相;随着La添加量的增加,Nd_2Fe_(14)B相的晶胞体积略有增大;合金快淬薄带的矫顽力与剩磁均下降,居里温度也随之降低。     

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。     

Pr—Nd混合金属制备快淬磁粉

采用Pr—Nd混合金属制备(Pr,Nd)—Fe—B的快淬薄带。经700C晶化处理后制成粘结磁体。其性能与三元Nd—Fe—B快淬粉粘结磁体相当。(Pr,Nd)_(12.5)Fe_(81)B_(6.5)的粘结磁体的最大磁能积达66.1kJ/m~3(8.3MGOe)。     

烧结钕铁硼磁体边界相的调控技术机制

采用传统的粉末冶金方法制备了名义成分为Nd_(28)Dy_2Fe_(68.6)B_1Ga_(0.2)Nb_(0.2)的烧结钕铁硼磁体,并研究了烧结钕铁硼磁体Nd_(28)Dy_2Fe_(68.6)B_1Ga_(0.2)Nb_(0.2)晶粒的细化和磁体晶界相演化之间的关系。通过细化磁粉粒度,制备出了平均晶粒尺寸分别是8.22,4.69,3.60和3.12μm的4种磁体。结果表明,磁体平均晶粒尺寸为3.60μm时对应的磁体的磁性能最好:最大磁能积(BH)m=389.93 k J·m~(-3),内禀矫顽力Hcj=1282.79 k A·m~(-1)。从磁体的微观形貌观察发现,随着磁体平均晶粒尺寸的减小,磁体中角隅晶界相的尺寸减小,条带状晶界相的比例增大,使更多的富Nd相参与到隔断主相晶粒之间的磁交换耦合中来,磁体矫顽力提高。磁粉粒径细化之后,磁粉颗粒的形貌更加规则、均一,取向时受到的摩擦力减小,提高了磁体的剩磁和取向度。但是随着平均晶粒尺寸从3.60到3.12μm的进一步减小,富Nd相发生了团聚,且分布不均匀,导致磁体矫顽力降低;磁体中的富Nd相增多并团聚,导致了磁体在烧结过程中由于液相较多而使主相晶粒发生了偏转,而且导致了磁体取向度降低,进而导致剩磁的减小。     

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。     

晶界添加Ho纳米粉对烧结NdFeB性能的影响

为了改善NdFeB磁性材料的磁性能和防腐性能,采用双合金法在晶界处添加Ho纳米粉制备高性能永磁材料。对烧结永磁体(PrNd)_(29.9)Dy_(0.1)B_1Co_1Cu_(0.15)Fe_(bal)+xHo(添加Ho纳米粉的质量分数分别为0、0.2%、0.4%、0.6%和0.8%)的形貌、微观结构及成分、磁性能和腐蚀性进行了分析。结果表明,随着Ho元素含量的增加,磁体矫顽力增幅变大;剩磁和最大磁能积降幅渐快,从0.6%到0.8%下降幅度最大。当Ho添加量为0.6%时,综合性能达到最佳。磁体矫顽力达到1108 kA·m~(-1),提升了5.8%,剩磁和最大磁能积略微下降,分别为0.3%和0.2%;并且在3.5%NaCl溶液中,添加0.6%Ho纳米粉的钕铁硼磁体,腐蚀电流最小,达到0.327μA·cm~(-2),提升了近一个数量级;I_((006))/I_((105))比值算出,添加量为0.6%Ho时取向度为1.45,磁体密度增加1.6%,达到7.61 g·cm~(-3)。     

高Dy含量烧结Nd-Fe-B的晶界扩散处理研究

研究了晶界扩散处理对高Dy含量烧结Nd-Fe-B磁体性能和结构的影响。经蒸镀渗Dy晶界扩散处理,高Dy含量Nd-Fe-B磁体的矫顽力从1 713 kA/m提高至2 161 kA/m,而剩磁和最大磁能积基本没有下降,处理后磁体内Dy平均质量分数仅增加0.30%。不同深度片层分析表明,虽然磁体近表面片层比中心片层的Dy含量高,但是片层间矫顽力相差较少,而且所有片层的矫顽力均远高于未处理磁体片层的矫顽力。电子探针Dy元素面分布结果显示,在未处理高Dy含量磁体的晶界与主相中均存在Dy元素富集区且富集浓度较低,而经扩散处理后,晶界富Nd相中的Dy富集区浓度及所占比例明显提高;包括磁体芯部在内,磁体内大部分角隅处富Nd相内Dy含量明显增加,进一步提高了高Dy含量磁体内部各处的矫顽力。     

CuGa晶界添加对烧结钕铁硼永磁体磁性能及热稳定性的影响

将商用N45磁粉与CuGa辅合金粉末混合制备得到烧结钕铁硼磁体。CuGa辅合金的添加优化了磁体的晶界,使得磁隔绝效应更加显著,从而提高了磁体的磁性能及热稳定性。仅需添加0.1%质量分数的Ga,烧结磁体矫顽力就由12.5 kOe增长到13.4 kOe,继续增加添加量虽然有利于提高矫顽力,但是降低了磁体的剩磁。EDS结果显示,在晶粒边界处有Cu和Ga的富集现象,可以很好的起到去磁耦合的作用,由于边界在磁体中占比极小,故较多的添加量会使辅合金元素进入主相,降低磁性能。随着辅合金添加量的增加,磁体的矫顽力温度系数单调的由-0.677%/℃变化为-0.661%/℃。CuGa辅合金添加磁体的矫顽力温度系数的绝对值小于未添加磁体,说明随着CuGa辅合金添加量的增加,磁体的矫顽力热稳定性有所提高。100℃处理后,未添加CuGa辅合金磁体(Pc=2)磁通不可逆损失hirr=14.14%,而添加了质量分数为0.1%、0.3%和0.5%的Ga的样品hirr分别为8.07%,5.75%,5.35%。CuGa合金添加可以减小磁通的不可逆损失,使磁体的热稳定性得到改善,有利于磁体在电机等高温环境中的应用。     

La0.65RE0.10Mg0.25Ni3.5Si0.15(RE=La,Ce,Pr,Nd,Sm)储氢合金的电化学性能及EIS分析

通过感应熔炼制备La0.65RE0.10Mg0.25Ni3.55i0.15(RE =La,Ce,Pr,Nd,Sm)合金.采用X射线衍射方法分析了合金的相结构,研究了其电化学性能,并采用电化学阻抗谱分析了合金电极的放氢动力学特性.研究结果表明,合金是以LaNi5、LaNi3为主相的多相结构,同时合金中少量的Si元素与Mg和Ni元素形成了少量的Mg2 Si相和Ni2Si相.Ce,Pr,Nd,Sm部分替代La以后,合金的放电容量下降,Ce的替代使合金容量大幅度降低.对于本系列合金,La被其他稀土元素部分替代后,合金经过100次循环后的容量保持率略有下降,但除了Pr元素以外,变化值均较小.合金电极的电化学阻抗谱分析表明,中低频区的容抗弧半径依次为Ce ＞La＞ Nd ＞Sm ＞Pr,这表明采用Nd、Sm、Pr替代La后合金电极在碱液中放电过程电荷传递电阻Rct减小,即合金表面活性增加,但Ce替代却导致Ret急剧增大,这可能与Ce在碱液中易形成氧化物降低了合金的表面活性有关.     

高丰度稀土添加对NdFeB微观结构及性能影响

钕铁硼磁体制造过程中速凝铸片微观组织的形态对磁体的性能有重要的影响。本文系统研究了不同Y\La\Ce添加量对烧结NdFeB磁体的铸片微观组织及磁体性能的影响。结果表明Y\La\Ce添加量为10%稀土总量(TRE)时,磁体速凝铸片的微观形貌保持良好的板条状结晶,而随着添加量的增加,速凝铸片的结晶形态变差,磁体性能呈线性下降。不同的取代元素对磁体性能影响程度不同,剩磁衰减量YCeLa,矫顽力衰减量YLaCe,为制备具有良好性能的低成本磁体提供了指导。     

添加Ti对烧结NdFeB磁体微观组织和性能的影响

采用晶间合金化方式制备了不同Ti含量的烧结(PrNd)_(29.8)Tb_1Dy_(0.2)Cu_(0.5)Al_(0.2)Co_(1.5)B_(0.99)Ti_xFe(x=0~0.8)磁体,研究了其微观组织、磁性能以及力学性能。研究结果表明,Ti的添加能有效细化磁体晶粒;适量添加Ti可提高磁体的内禀矫顽力及方形度,但会降低磁体剩磁及最大磁能积;添加Ti会降低磁体的抗弯强度,对磁体的硬度则基本无影响。