高能球磨Nd_(14)Dy_1Fe_(72)Co_5B_8合金的微观结构和磁性

本文采用 X 射线衍射,透射电镜和振动样品磁强计等技术研究了 Nd_(14)Dy_1Fe_(72)Co_5B_8合金在高能球磨过程中的结构变化以及结构与矫顽力的关系。我们认为高能球磨 Nd_(14)Dy_1Fe_(72)Co_5B_8合金的矫顽力源于晶界对畴壁的钉扎。在球磨初期,矫顽力随球磨时间的增加而增加,这主要归结于晶粒细化引起的晶界密度的增加。当球磨时间超过30小时,矫顽力随球磨时间的增加而减小,这可能是由于在球磨过程中引入很大的微观应力和高密度的缺陷,导致 R_2TM_(14)B(R=Nd、Dy;TM=Fe、Co)磁性相的磁晶各向异性场降低。     

各向异性Nd2Fe14B／α-Fe纳米晶复合磁体的制备和性能

采用声化学法、放电等离子烧结技术(SPS)和热变形工艺制备致密各向同性和各向异性Nd_2Fe_(14)B/αFe复合磁体,研究了软磁相包覆对磁体的结构和性能的影响.结果表明,软磁相α-Fe对各向同性Nd_2Fe_(14)B/α-Fe复合磁体的影响主要表现为增强两相间的交换耦合作用,从而提高剩磁.当α-Fe体积分数的数值适当(不超过2%)时,各向异性Nd_2Fe_(14)B/α-Fe磁体形成较好的c轴晶体织构,具有较高的磁性能.α-Fe体积分数为1%的磁体性能最高:B_r=1.367 T,H_(ci)=712 kA/m,(BH)_m=327 kJ/m~3.     

纳米复合磁体的界面结构、交换耦合和反磁化的研究进展

纳米复合磁体的磁能积能得到大幅度提高,前提是晶粒之间存在良好的交换耦合作用,而交换耦合作用与软、硬磁相之间的界面密切相关。对Nd_2Fe_(14)B、Sm-Co、FePt基纳米复合磁体界面交换耦合和反磁化的研究展开论述。在不同的条件下,界面结构的匹配性、界面原子扩散、晶间的非晶相、界面非磁性层、界面晶格弛豫等可能有利于改善界面的结构、增强交换耦合作用,进而对反磁化过程产生影响。反磁化的不可逆过程主要发生在硬磁相内,但与软、硬磁相界面特性密切相关。不可逆反磁化在一定程度上决定了磁体的矫顽力,它可通过改善界面结构进行调控。本文旨在对纳米复合磁体界面的作用深入理解并期望能对磁体磁性能的优化提供参考。     

热变形温度对Nd_(14)Fe_(80)B_6磁体矫顽力的影响研究

使用X射线衍射、扫描电镜和磁滞回线仪等研究热变形温度、平均片状晶长度、单畴晶粒占比、平均片状晶厚度对热变形Nd_(14)Fe_(80)B_6磁体矫顽力的影响。结果表明,当Nd_(14)Fe_(80)B_6热变形温度超过其富稀土晶界相熔点150~170K后,磁体矫顽力从737kA/m降低到355kA/m。热变形Nd_(14)Fe_(80)B_6磁体统计平均片状晶长度L为320~500nm,单畴晶粒占比0.52~0.26,多畴晶粒的增加是热变形磁体矫顽力下降的原因。随着热变形温度的增加、变形时间的延长,平均片状晶厚度增长速度快于平均片状晶长度,对应热变形磁体矫顽力的下降。若降低变形温度在富稀土晶界相熔点附近有望提高磁体的矫顽力。     

热变形温度对Nd14Fe80B6磁各向异性的影响

在850～880℃真空热变形4min、变形量70%制备了Nd14Fe80B6各向异性磁体,实验结果表明随着热变形温度的提高,磁体的各向异性先上升后降低,870℃热变形时磁体的(006)晶面峰为X衍射图谱的主峰、(004)相对极密度最大值达到130.01、I(006)/I(105)为1.88,获得(006)磁织构,磁体的饱和磁化强度达到1.453T。如热变形过程消除平均宽度为25μm的带状组织,减少与热变形压力垂直的片状晶之间夹角为19°左右的局部片状晶,则磁体的各向异性可望进一步提高。Nd2Fe14B相在热变形过程中从等轴晶变形为片状晶,且磁体宏观变形量≥65%时,才能形成(006)磁织构,局部富稀土相只起到有利晶粒滑移、有利片状晶形成的作用。细化热变形磁体的片状晶厚度可使磁体具有高矫顽力、高剩磁与饱和磁化强度之比值。850℃热变形Nd14Fe80B6磁体的片状晶平均厚度为76nm,磁体的矫顽力为450.6kA/m,Mr/Ms为0.92。     

DyF3对三明治结构热变形NdFeB磁体温度稳定性和耐腐蚀性能的影响

为了提高热变形NdFeB磁体的热稳定性和耐腐蚀性能,设计了一种添加DyF₃的三明治结构热变形磁体。通过对磁体上下端添加不同含量DyF₃粉末,调控磁体上下端晶界相的相组成、结构及成分,提高磁体的耐腐蚀性能,另一方面Dy元素部分扩散进入主相,形成了(Nd, Dy)₂Fe₁₄B相提高磁体磁晶各向异性场,优化热变形磁体的温度稳定性。利用脉冲磁场磁强计测试三明治结构热变形磁体的磁性能,得到高达2.16 T的矫顽力。利用电化学工作站测试三明治结构热变形磁体的极化曲线,其腐蚀电流速率较基体降低一个数量极。失重实验测试168 h后,近表面添加5%(质量分数)DyF₃的三明治结构热变形磁体单位表面积失重(0.061 mg·cm^-2)远低于基体单位表面积失重(1.172 mg·cm^-2)。微观结构分析表明,富Nd相和F元素、O元素和Dy元素分别生成NdF₃和Dy₂O₃化合物。XRD分析表明...     

保护气氛和样品状态对水热法制备Nd2Fe14B磁粉的影响

利用水热法,采用Nd(NO_3)_3·6H_2O、Fe(NO_3)_3·9H_2O和H_3BO_3为原料制备了Nd-Fe-B前驱体,再依次通过高温氧化退火,还原-扩散退火成功制备了主相为Nd_2Fe_(14)B的磁性粉体。利用X射线衍射(XRD)、振动样品磁强计(VSM)、扫描电子显微镜和透射电子显微镜(TEM)等表征手段,对产物的物相组成、磁性能及微观组织结构进行了分析,研究了还原-扩散退火过程中N_2、Ar和5%H_2/Ar混合气3种不同保护气氛以及片状和粉状两种不同样品状态对产物组成和性能的影响。结果表明,在N_2中反应无法合成Nd_2Fe_(14)B相,在Ar中虽能成功合成Nd_2Fe_(14)B相,但因软磁相和非磁相杂质的存在,磁性能较差。粉状样品也无法在还原-退火过程中合成Nd_2Fe_(14)B相。只有片状样品在5%H_2/Ar混合气的保护下进行还原-扩散退火,才可以成功合成杂质相少,磁性能高,颗粒尺寸为0.6～2μm,以Nd_2Fe_(14)B相为主相的磁粉。     

Mn掺杂快淬NdFeB永磁体磁性能研究

在前期研究工作的基础上,从热磁重(TMA)测量出发对快淬Nd9Fe85-xMnxB6(x=0～2)的相关磁性能及交换耦合效应作了进一步的研究.发现在最佳的热处理条件下,一定的Mn掺杂能提高快淬NdFeB的磁性能,特别是矫顽力最大能提高20%左右,但是更高的Mn掺杂量会导致矫顽力和最大磁能积的明显下降.XRD显示快淬态的NdFeB样品的晶化程度随Mn掺杂量提高而提高,但在最佳的热处理条件下所有的快淬NdFeB样品都包括硬磁性相Nd2Fe14B和软磁性相α-Fe.热磁重(TMA)测量显示一直随着Mn掺杂量提高到2%(原子分数),硬磁性相Nd2Fe14B的居里温度(Tc)在不断下降,但是α-Fe的Tc却随Mn掺杂量提高而提高.认为磁性能和居里温度改变是因为形成了δ-Mn和R2Fe23B3相.当Mn掺杂量较低时高温下有δ-Mn形成并和α-Fe产生交换耦合作用导致α-Fe的居里温度升高,而当Mn掺杂量提高到2at%时形成的R2Fe23B3相固溶δ-Mn相才导致α-Fe的居里温度下降.     

Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁的制备和性能

用超声化学法制备纳米Fe颗粒包覆的Nd2Fe14B复合粉体,将其在Ar气保护下经放电等离子烧结(SPS),得到Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复合磁体.Fe名义质量分数为5%的烧结磁体具有较高的磁性能:Br=0.86 T,Hci=683.8 kA/m,(BH)max=95.92 kJ/m3.烧结前对复合粉末进行适当的高能球磨,能促进显微组织进一步细化,增强软磁相与硬磁相之间的交换耦合,使相同Fe含量和烧结工艺的磁体Br和(BH)max分别提高到0.94 T和113.6 kJ/m3.     

烧结钕铁硼磁体溅射渗镝工艺与磁性能研究

采用直流磁控溅射的方法,在烧结Nd-Fe-B磁体表面制备了Dy薄膜,对比研究了N35烧结态与回火态磁体晶界扩散后组织形貌与性能的变化。N35烧结态与回火态磁体经溅射渗Dy处理后,在剩磁仅降低0.009T和0.03T的情况下,矫顽力大幅度提高,分别提高了708.44kA/m和665.46kA/m,渗Dy处理后磁体中的Dy元素平均质量分数增加不超过0.4%。SEM和EDS能谱的分析结果表明,晶界组织形貌的改善和(Nd,Dy)2Fe14B外延层的形成是矫顽力提升的主要原因。EPMA元素面分布结果显示,Dy主要富集在富Nd相处,三叉型富Nd相处Dy含量最高,而Dy没有扩散到主相晶粒内部,不会导致剩磁大幅度降低,从而有效提高了磁体的综合磁性能。     

Ce对烧结钕铁硼磁体永磁性的影响

Ce在镧系元素中是具有特殊性质的一员,其根源在于它的混合价特性。在Ce_2Fe_(14)B化合物中,Ce表现出强烈的+4价倾向,不仅自身4f电子缺失无法贡献稀土离子磁性,而且离子半径过小导致Fe-Fe间距缩减,使Ce_2Fe_(14)B居里温度和饱和磁极化强度都以较大的幅度地下降。另外,在Ce-Fe-B三元合金中,Ce倾向于生成Laves相CeFe_2,而非富稀土低熔点晶界浸润相,不能在烧结磁体中产生使主相晶粒退磁耦合的矫顽力机制,烧结Ce-Fe-B难以实现高矫顽力。尽管如此,Ce_2Fe_(14)B仍具有优良的内禀磁性,通过快淬方法可制备出性能适中的(Ce,Nd)-Fe-B各向同性磁粉,而通过贫Ce富Nd和贫Nd富Ce双合金或双主相烧结的方法,用富Nd相承担分割主相晶粒提高矫顽力的功能,也实现了高性价比(Ce,Nd)-Fe-B烧结磁体的商品化。综合阐述了元素Ce影响钕铁硼磁体内禀磁性和矫顽力方面的研究工作。     

La2Fe14B和Ce2Fe14B合金在快淬和热处理过程中相析出行为的比较

研究了溶体快淬三元La_2Fe_(14)B和Ce_2Fe_(14)B合金的相析出行为和磁性能,对不同快淬速度(10~50 m/s)和不同热处理温度下制备的样品进行了系统分析。结果表明,通过直接快淬,La_2Fe_(14)B合金中不能形成2∶14∶1硬磁相,而Ce_2Fe_(14)B合金可以获得2∶14∶1相。La_2Fe_(14)B合金在10m/s快淬时主要由La和α-Fe相组成,而Ce_2Fe_(14)B合金中2∶14∶1硬磁相在10m/s和20m/s快淬时析出。随着辊速的增加,非晶相逐渐增多并成为主相。在热处理过程中,La_2Fe_(14)B合金析出相以α-Fe和La相为主,并且高温下液态的富La相和α-Fe相可以共存;而Ce_2Fe_(14)B合金中先析出α-Fe,后析出2∶14∶1硬磁相,随后析出相长大。结果还表明,La_2Fe_(14)B比Ce_2Fe_(14)B有更高的非晶居里温度和更低的α-Fe相析出温度。由于硬磁相的析出,Ce_2Fe_(14)B合金可以获得较好的硬磁性能,包括一定的矫顽力。此研究对含La、Ce稀土永磁材料的生产具有一定的指导作用。     

贫稀土钕铁硼合金与Nd_(67)Cu_(33)混粉热变形磁体组织演变过程及其对磁体矫顽力的影响

分别真空感应快淬贫稀土钕铁硼合金Nd_(11.5)Fe_(81.8)B_(6.0)Nb_(0.7)与Nd_(67)Cu_(33)薄带,然后制备Nd_(67)Cu_(33)含量0,3%,6%,9%,12%(质量分数)的混粉热变形磁体,分析讨论了贫稀土钕铁硼合金与Nd_(67)Cu_(33)混粉变形磁体中组织演变过程及其对磁体矫顽力的影响。研究结果表明,在热变形过程中当变形量由0增到30%时,混粉热变形磁体中Nd-Cu的扩散导致与之相邻区域的α-Fe晶粒尺寸减小、局部出现富稀土相、2∶14∶1相中稀土含量部分补偿性增加,整个磁体中α-Fe相体积分数减少、2∶14∶1相与软磁相α-Fe交换耦合作用增强,混粉热变形磁体的矫顽力随变形量的增加而增大;当变形量进一步增加,在双相磁体中富稀土相消失,2∶14∶1相和α-Fe相晶粒尺寸增大,一旦α-Fe晶粒尺寸超过交换耦合的临界尺寸将导致双相交换耦合作用恶化,2∶14∶1相晶粒尺寸增大导致其对磁体矫顽力的贡献降低,整个混粉热变形磁体的矫顽力随变形量的增加而大幅度下降;当变形量达到70%时,混粉热压热变形磁体随Nd_(67)Cu_(33)添加量的增加尽管2∶14∶1等效平均晶粒尺寸增大但磁体的矫顽力不断提高,原因在于随Nd_(67)Cu_(33)的增加磁体分别出现α-Fe消失、富稀土晶界相出现、且富稀土晶界相体积分数增大,富稀土晶界相的去磁耦合作用增强。     

纳米硬磁晶粒间的交换耦合相互作用和有效各向异性

以纳米Nd2Fe14B永磁材料为例,研究了硬磁晶粒间交换耦合相互作用对磁体有效各向异性的影响。结果表明晶粒间交换耦合相互作用随晶粒尺寸的减小而增强,材料的有效各向异性常数Keff随晶粒尺寸的减小而逐渐下降,Keff随晶粒尺寸的变化与矫顽力的变化规律相似。纳米单相永磁材料有效各向异性的减小是矫顽力降低的主要原因,交换耦合系数口aex实际上是各向异性的减小量。为保证纳米Nd2Fe14B材料具有较高的各向异性和矫顽力,晶粒尺寸应不小于30nm。     

回收制备烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能与耐热性能

以废旧钕铁硼磁体为原料,采用短流程回收制备技术制备了烧结Nd-Fe-B磁体,通过添加镨钕混合稀土研究了磁体的磁性能和耐热性能。结果表明,在回收磁体中添加2%PrNd,制备的烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁为1.31T、矫顽力为1 474.86kA/m、磁能积为353.90kJ/m~3。与一次成品相比矫顽力恢复到102%,剩磁恢复到95%,磁能积恢复到90%。在293~393K范围内未掺杂PrNd磁体的矫顽力温度系数为-0.589 9%/K,掺杂2%PrNd磁体的矫顽力温度系数为-0.556 4%/K,提高了磁体在高温下的耐热性能。这是由于添加混合稀土PrNd增强了主相晶粒间的去磁交换耦合作用,提高了主相的磁晶各向异性场,从而提高了磁体的矫顽力和耐热性能。     

变形量对热压/热变形纳米复合Nd_9Fe_（84.5）Co_1B_（5.5）永磁体晶粒尺寸和矫顽力的影响

采用热压/热变形工艺制备纳米复合Nd9Fe84.5Co1B5.5永磁体,研究了热变形过程中的变形量对磁体平均晶粒尺寸的影响以及由此带来的晶间相互作用和矫顽力的变化。结果表明变形量54%的磁体中的硬、软磁性相的平均晶粒尺寸分别为61.0和51.8nm,与其热压状态时的两相平均晶粒尺寸（52.1和54.0nm）接近;而变形量74%的磁体中的硬、软磁性相的平均晶粒尺寸则分别显著减小至19.2和22.4nm。随着两相晶粒尺寸的显著细化,磁体中的晶间相互作用由以静磁耦合作用为主转变为以晶间交换耦合作用为主,这导致其矫顽力提高了64%。     

NdFeB永磁合金单向柱晶的制备与特性

采用 LMC 定向凝固技术得到了 Nd_(17)Fe_(75)B_8合金单向柱晶,柱晶宽度为60—120μm,随抽拉速度增大而减小。分析发现,柱晶由 Nd_2Fe_(14)B 基体相初生枝晶定向生长而形成,Nd_2Fe_(14)B 的晶体学择优生长方向为[100],与其易磁化轴[001]垂直。     

回收制备烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能与耐热性能

以废旧钕铁硼磁体为原料,采用短流程回收制备技术制备了烧结Nd-Fe-B磁体,通过添加镨钕混合稀土研究了磁体的磁性能和耐热性能.结果表明,在回收磁体中添加2％ PrNd,制备的烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁为1.31T、矫顽力为1 474.86 kA/m、磁能积为353.90 kJ/m3.与一次成品相比矫顽力恢复到102％,剩磁恢复到95％,磁能积恢复到90％.在293～393 K范围内未掺杂PrNd磁体的矫顽力温度系数为-0.589 9％/K,掺杂2％PrNd磁体的矫顽力温度系数为-0.556 4％/K,提高了磁体在高温下的耐热性能.这是由于添加混合稀土PrNd增强了主相晶粒间的去磁交换耦合作用,提高了主相的磁晶各向异性场,从而提高了磁体的矫顽力和耐热性能.     

La2O3、Nd2O3、Y2O3对高岭石高温相变动力学的影响

利用综合热分析技术、X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)和扫描电镜(SEM)研究了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温条件下转变成莫来石过程的作用,并采用Kissinger方程、Ozawa方程以及JMA修正方程(Ⅰ)和(Ⅱ)分析了La_2O_3、Nd_2O_3、Y_2O_3对高岭石高温相变动力学的影响。结果表明:3种稀土氧化物的掺入对高岭石的相变动力学参数产生了影响,相变活化能和频率因子与未掺入稀土氧化物的高岭石相比有所降低,析晶方式则未发生变化,均属于体积晶化。对比掺入3种稀土氧化物的高岭石相变活化能和频率因子可以看出,Y_2O_3对于高岭石高温条件下相变的促进作用最为明显,相变活化能最低。稀土氧化物对于高岭石高温相变产物影响不大,主晶相为莫来石相,次晶相为方石英相,但稀土氧化物的掺入使得方石英相的结晶度明显提高。     

R_2Fe_(14)B化合物的结构和磁性

以R_2Fe_(14)B四方相(R=稀土元素)为基的R-Fe-B磁体已发展成为磁性能最高,具有工业意义的永磁材料.本文论述了R_2Fe_(14)B四方相的晶体结构,居里点,磁化强度与原子磁矩以及各向异性的最新研究结果和进展。