晶界扩散铈磁体的组织结构与磁性能

采用涂覆重稀土氢化物为扩散源,制备晶界扩散铈磁体,研究了磁性能和组织结构特点,并对其温度稳定性进行了分析评价。晶界扩散铈磁体的矫顽力从12.07 kOe提高至18.49 kOe,矫顽力和剩磁温度系数分别优化到-0.502%·℃~(-1)和-0.184%·℃~(-1)。采用EPMA和WDS成分分析表明,在磁体表层附近,大量Tb元素扩散到主相晶粒内部;扩散深度大于60μm时, Tb元素主要分布在晶界,并且在主相晶粒边缘形成(RE,Tb)_2Fe_(14)B壳层。由于Tb_2Fe_(14)B相和Ce_2Fe_(14)B相的各向异性场均具有较好的温度稳定性,因此,晶界扩散铈磁体可以获得与烧结钕铁硼磁体相当的矫顽力温度系数。     

双主相工艺制备烧结Nd-Fe-B基永磁体的研究进展

双主相工艺是近年提出的改善Nd-Fe-B基烧结磁体性能的有效途径。该工艺通过对Nd-Fe-B和（Nd,Re）-Fe-B两种粉末的成分设计,使磁体形成一种双主相结构,优化晶界相成分及分布,显著提升矫顽力。特别是对高丰度铈（Ce）磁体、混合（MM）稀土磁体,可以有效地抑制由于低各向异性场相铈铁硼（Ce-Fe-B）、镧铁硼（La-Fe-B）等的引入引起的矫顽力降低的问题。同时,对于重稀土（Dy/Tb）磁体,在相同矫顽力提升的情况下,双主相法对比传统单主相法所需的重稀土含量更低。本文详细阐述了通过双主相工艺制备磁体的性能改善及相关机制,为制备高性能稀土磁体提供思路及支撑。     

双主相(Nd,Dy)-Fe-B磁体矫顽力再提高机制的探究

研究了双主相(Nd, Dy)-Fe-B烧结磁体晶界扩散TbF_3的热处理工艺、微观结构及矫顽力再提升的技术机制。晶界扩散最佳的一级、二级热处理温度为900, 490℃。经过扩散工艺的综合优化磁体的矫顽力由20.00 kOe增加到29.49 kOe。利用电子探针微区分析仪(EPMA)对其元素分布进行分析,F扩散进入磁体表层,而Tb扩散进入磁体的几何中心;Tb更容易替代磁性相中的Nd元素而不是Dy; Tb在主相晶粒间的晶界相中不存在浓度梯度,说明主相晶粒之间的类似毛细吸力也是Tb扩散的驱动力之一。X射线衍射分析表明,扩散后磁体的取向度略微降低。综合来看晶界扩散明显改善了磁体的温度稳定性,在20～150℃之间,扩散工艺使磁体剩磁温度系数α由-0.107%·℃~(-1)提升到-0.093%·℃~(-1),矫顽力温度系数β由-0.539%·℃~(-1)增加到-0.483%·℃~(-1)。     

双合金混粉法添加镝对烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能及微观结构的影响

研究双合金混粉法添加Dy对烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能和微观结构的影响。结果表明:添加少量Dy能够同时提高磁体的矫顽力和最大磁能积;当Dy含量为1.0%时,磁体的最大磁能积达到最大值。烧结温度从1065℃增加到1085℃时,烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能没有急剧恶化,磁体的烧结温度范围较宽。磁体在烧结过程中高Dy含量合金主相晶粒中的Dy元素扩散到不含Dy元素的合金主相晶粒中,造成最后所得磁体中存在不同Dy含量的主相晶粒;磁体不同主相晶粒中Dy含量差别较大,随着添加Dy含量的增加,磁体中不同主相晶粒平均含Dy量也逐渐增加。     

烧结Nd-Fe-B磁体多主相复合制备及微观结构研究

利用双合金混粉法添加Dy实现烧结Nd-Fe-B磁体多主相复合制备,研究磁体的磁性能和微观结构。研究结果表明:单主相合金制备烧结Nd-Fe-B磁体时,主相晶粒中Dy含量差别不大,颗粒状富Nd相中所含Dy含量明显高于主相晶粒中所含Dy含量。双合金混粉法制备烧结Nd-Fe-B磁体时,能够提高磁体的取向,磁体中存在多主相晶粒复合;富Nd相中含Dy元素的总量降低,主相晶粒中含Dy元素的总量增加。烧结Nd-Fe-B磁体的多主相复合制备可以利用双合金混粉法得以实现;同时,相同合金成分时,双合金混粉法制备出的烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能优于单合金法制备出的磁体,烧结Nd-Fe-B磁体的多相复合制备能够提高磁体的磁性能。     

(Ce_(15)Nd_(85))_(30)Fe_(bal)B_1M永磁体湿热条件下的腐蚀性研究

研究了双主相的富Ce烧结磁体湿热条件下的腐蚀行为,得到了磁体的显微结构图和失重数据、腐蚀形貌图,同时比对研究了一种性能相近的常用商业N45磁体。结果显示:富Ce烧结磁体的失重比N45磁体的低,腐蚀深度较浅,且腐蚀产物较附着性较好。富Ce烧结磁体的腐蚀机制和N45磁体一样,都是先从富稀土相开始,富Ce烧结磁体腐蚀产物为Fe_2O_3,Fe_3O_4,γ-FeOOH,Nd_2O_3,Ce_2O_3等。富Ce磁体比所选商业N45磁体失重较小的原因是它的晶粒较细小,晶界相均匀分散,腐蚀通道较窄且不连续。所以富Ce烧结磁体可以作为一种新型商业磁体而推广使用,此外,控制富稀土相的分布,减少稀土元素的大量富集及腐蚀通道宽度,是提高磁体耐蚀性能的关键。     

辅合金的粉末尺寸对烧结钕铁硼磁性能和微结构的影响

双合金法是降低烧结钕铁硼稀土特别是重稀土含量、改善磁体微结构的一种有效方法,其中辅合金的成分及形态起着至关重要的作用。采用粉末冶金的方法,借助SEM和直流磁特性测量系统对辅合金和磁体的微观结构及磁性能进行了分析。结果表明:辅合金粉末尺寸较大时,往往存在大量的中间相能直接进入磁体中形成较大的软磁特性的过渡相,从而损害磁体的磁性能。相反,辅合金粉末尺寸越小,中间相在烧结过程中元素不需要长距离的扩散而达到稳定状态,有利于优化微结构,提高磁体的磁性能。     

液相烧结对Nd-Fe-B粉末压坯及磁体取向度的影响

XBD，SEM及MFM观察表明，Nd-Fe-B粉末压坯在液相烧结过程中同时存在两种影响主相晶粒取向度的机制：烧结过程中大颗粒吞并吸附在其表面的取向不良的小晶粒并择优长大，使磁体的取向度提高；在液相烧结过程中，被液相所包围的主相晶粒的自由转动，造成磁体的取向度降低。对于取向度较低的DP生坯，烧结中影响Nd-Fe-B磁体取向度的前一种机制是主导的；而对于取向度较高的振动RIP生坯，烧结过程中后一种机制起主导作用。     

镝氢化物掺杂钕铁硼稀土永磁体的研究

发现了采用减量化重稀土镝添加高效制备块状超高矫顽力稀土永磁体新型方法。在钕铁硼(Nd-Fe-B)系稀土永磁材料中以DyH3的形式掺入稀土镝(Dy)元素,在不同烧结温度1020,1040,1050,1060,1080℃下进行烧结,制备成一系列DyH3掺杂(PrNd)30Fe69B磁体和未掺杂的(PrNd)30Fe69B磁体。研究剩磁、矫顽力与烧结温度及显微结构之间的关系。结果显示:随着温度的升高,剩磁不断上升;矫顽力在烧结温度1020~1050℃时达到最大。重稀土Dy添加可有效增加Nd-Fe-B磁体的矫顽力。采用扫描电镜和能谱仪研究了不同烧结温度对磁体晶粒尺寸、Dy在晶粒内与晶界处成分分布的影响,发现温度超过1060℃时,晶粒会过度长大,使其矫顽力随之下降。稍低的烧结温度1020~1050℃可以获得Dy分布于晶粒呈"壳"状结构并使得Dy尽量分布于晶界处,获得了制备高矫顽力块体稀土永磁较满意的Dy减量化方法。     

特高综合磁性能晶界扩散磁体的研究

采用Tb_4O_7, TbH_x和Nd_2O_3+Tb_4O_7三种扩散源,通过晶界扩散技术制备出特高综合磁性能的钕铁硼磁体,对不同扩散源的扩散效果及扩散机制进行研究。采用TbH_x进行晶界扩散,获得综合磁性能(BH)_(max)+H_(cj)=84.26,矫顽力温度系数为-0.361%·℃~(-1)的最佳钕铁硼磁体,SEM微观结构分析表明TbH_x扩散源制备磁体在靠近磁体的表层晶粒形态与中心晶粒一致,晶粒表面平整。     

双主相合金法添加镝对烧结Nd-Fe-B磁性能及微观结构的影响

提出了一种制备高矫顽力、高剩磁烧结Nd-Fe-B磁体的方法——双主相合金法,利用这种方法制备的磁体中同时存在Nd2Fe14B和(Nd,Dy)2Fe14B两种主相。能谱分析表明:这种方法可以调控主相成分,制备的磁体易于实现全致密化并且剩磁较高,综合磁性能较好。利用双主相合金法制备磁体的剩磁和磁能积优于双合金法。     

铜、钛复合添加对结NdFeB磁体显微组织和磁性能的影响

研究了烧结NdFeB磁体晶间合添加Cu和Ti 对磁体显微组织和磁性能的影响，当钛含量小于1.2%时，Cu和Ti晶间复合添加可大幅度提高烧结NdFeB磁体的矫顽力，磁变化不大，矫顽力的提高归因于Cu和Ti在主相晶粒表面富集，细化晶粒，阻断主相晶粒之间的磁交换作用，阻碍反磁化畴的传播，当钛含量大于1.2%时，矫顽力略有下降，乘磁急剧下降，乘磁下降的原因在于出现了大量的条状纯钛相。与晶间单独合金化相比，晶间复合合金化可更有效改善NdFeB磁体显微组织与性能。     

氧含量对钕铁硼镝扩散梯度的影响研究

主要对不同厚度烧结钕铁硼磁体进行Dy晶界扩散,主要研究了磁体氧含量的高、低对成分及磁性能梯度分布的影响。研究发现:高、低氧磁体方形度均会随着厚度增加而下降,其中前者的下降幅度尤为显著。将磁体沿着厚度方向切片进行分析发现,低氧磁体成分及矫顽力的纵深梯度分布较为均匀。电子探针微观分析结果显示:高氧样品中O, Dy元素均集中富集在团块状的富Nd相之中;而低氧样品中这种团块稀少, Dy分布在其他微细晶界形成连续条纹。低氧磁体为Dy扩散提供了连续的通道,最终能使Dy扩散饱和度及矫顽力饱和度更大于高氧磁体。     

快淬Sm(CobalFe0.1 Cu0.16Zr0.04)7.0的微波晶化及硬磁性

研究了Sm（CobalFe0.1Cu0.16Zr0.04）7.0快淬带在微波场作用下晶化处理后的微结构及磁性能。结果表明,Sm（CobalFe0.1Cu0.16Zr0.04）7.0在传统晶化处理后晶粒尺寸约为500-1500 nm,FeCo软磁性相异常长大。微波场作用下,合金在700℃处理4 min时晶粒尺寸约为10 nm,磁体的Ms为1.192 T,Hci为14.8 kA.m-1;在650-700℃处理4-30 min均获得了晶粒尺寸为20 nm的单一球形颗粒,磁体主要由1∶7主相和少量Sm2Co7相构成。在650℃晶化处理30 min后,合金具有方形度较好的平滑磁滞回线,Hci为542.6 kA.m-1,剩磁比达0.86。微波场可细化晶粒尺寸并抑制FeCo软磁性相的生成,使磁体具有良好的交换耦合作用。     

高丰度钇在永磁材料中的应用研究

促进高丰度元素在稀土永磁材料中的应用是推动中国稀土资源平衡利用的重要举措,目前针对高丰度La, Ce磁体的研究已经取得一定的进展,而高丰度Y元素在永磁材料中的研究相对不足。获得稳定的物相结构和理想的微观组织结构是发展低成本高性能稀土永磁材料的关键。本课题组的研究表明:通过小原子半径的Y元素取代,能够稳定形成主相的四方结构,同时避免晶界杂相的生产;Y元素较强的主相形成能力能够促进Y取代磁体中天然的核壳组织结构的形成,进一步通过Y/Ce的共同取代,能够实现对高丰度元素在磁体内分布行为的调控;通过设计富稀土含镓的合金成分,在15%Y(原子分数)取代Nd的条件下获得1.72 T的室温矫顽力,同时磁体具有较好的矫顽力热稳定性,与商业的含Dy磁体相当。     

烧结Nd-Fe-B磁体表面渗镀Dy2O3对磁体显微组织和磁性能的影响

研究了烧结Nd-Fe-B磁体表面渗镀Dy2O3对磁体组织结构与磁性能的影响. 表面渗镀Dy2O3后, N40的矫顽力由1017 kA · m-1提高到1146 kA · m-1, 38H的矫顽力由1575 kA · m-1提高到1753 kA · m-1, 而通过传统合金化添加同量Dy, N40和38H的矫顽力分别为1061和1634 kA · m-1. 磁体表面渗镀Dy2O3后热稳定性也大大改善. 组织分析表明, 元素Dy从表面扩散并渗入磁体的内部约20 μm厚, Nd2Fe14B晶粒表层附近Dy含量比晶界中高, 说明Dy2O3中的Dy通过扩散与富Nd相及Nd2Fe14B晶粒表面层的部分Nd发生置换反应, 增强了Nd2Fe14B晶粒表面层的磁晶各向异性. 在此基础上, 提出了高矫顽力高热稳定性渗Dy的烧结Nd-Fe-B磁体中Dy分布的理想模型.     

烧结NdFeB磁体晶界扩散DyZn合金磁性能与抗蚀性能研究

通过磁控溅射技术研究了晶界扩散DyZn合金烧结钕铁硼磁体的磁性能,及其在高温高压高湿腐蚀环境中的加速腐蚀行为。研究表明,晶界扩散处理可以显著提高磁体的矫顽力,磁体矫顽力从963.96 kA·m~(-1)提高到1711.40 kA·m~(-1),提升率达77.54%,而剩磁和最大磁能积基本不降低。晶界扩散DyZn合金磁体在HAST环境中具有更低的质量损失和磁通损失,比烧结态原样的质量损失减少了89.69%,磁通损失率降低了51.08%。这是因为热扩渗DyZn合金磁体在晶界处形成更稳定、腐蚀电位更高的富Dy稀土相,优化了磁体的晶间组织结构,提高了磁体的矫顽力,从而提高了磁体在高温高压高湿环境下的抗蚀性能。     

双合金结合速凝工艺制备烧结NdFeB研究

采用速凝工艺制备了主相合金铸片,由其微观形貌分析可见,富Nd相呈薄层状均匀分布在主相晶界处。XRD分析表明铸带形成了明显的取向织构。使用普通熔炼方法熔炼几种不同成分的辅相合金。将主相合金与辅相合金配比,运用双合金法工艺制备出烧结NdFeB磁体。研究表明Pr替代Nd有利于提高磁体的剩磁。     

铜对铸造/热压R—Fe—B(R=Pr、Nd)磁体矫顽力的影响

研究了铸造/热压Pr_(19)Fe_(74.5)B_5Cu_(1.5)磁体中Cu的加入和Nd替代Pr对矫顽力的影响及其微观机制。结果表明,Cu在晶界形成强烈偏析,它主要具有抑制主相晶粒高温扩散生长的作用,并促进主相晶粒在热压变形中的碎化,从而显著提高矫顽力。而Nd替代Pr则引起磁体凝固组织显著粗大导致矫顽力急剧降低。     

烧结Nd-Fe-B磁体耐蚀性及其腐蚀特征研究

研究了烧结Nd-Fe-B磁体在高压加速、中性盐雾和恒定湿热腐蚀环境中的腐蚀行为,讨论了合金成分对磁体耐蚀性的影响以及不同腐蚀环境下磁体的腐蚀特征。结果表明:以重稀土Dy替代部分Nd,及添加微量Co等元素,可以提高烧结Nd-Fe-B磁体的耐蚀性能。烧结NdFe-B磁体在三种不同的腐蚀环境中的腐蚀产物和腐蚀形貌有着明显的不同。烧结Nd-Fe-B磁体在中性盐雾腐蚀环境中的腐蚀速率明显较高压加速腐蚀环境要快,这是由于高活性的氯离子扩散进基体表层,导致磁体表面的钝化膜遭到破坏,从而加剧磁体的电化学腐蚀进程。