纳米晶复合Nd2Fe14B/α-Fe合金制备与磁性能的研究

采用熔体快淬及晶化处理工艺制备Nd11Fe71Co8V1.5Cr1B7.5纳米晶合金。经21m·s-1快淬及640℃ 4min晶化处理后,制成的粘结磁体的磁性能最佳,为:Br=0.64T,JHc=903.5kA·m-1,(BH)max=71kJ·m-3。添加Cr元素可提高内禀矫顽力,从而提高最大磁能积。     

Pr2Fe14B/α-Fe型纳米稀土永磁材料的高温磁性能研究

通过熔体快淬的方法制备出Pr9-xDyxFe86B5和Pr9-xDyxFe84.4-yCoyGa1Mn0.6B5(x=0～2.0;y=0～15)薄带样品,利用X射线衍射和振动样品磁强计进行了相成分分析和磁性能研究.对不同成分的样品磁性能进行分析比较,发现用Co替代Fe、用Dy替代Pr可以明显改善Pr2Fe14B/α-Fe型纳米复合稀土永磁材料的室温和高温磁性能.适当的Co和Dy联合添加时,材料表现出很好的高温永磁性能,其中Pr8Dy1Fe76.4Co8Ga1Mn0.6B5样品在550 K时仍具有5.0 MGOe的最大磁能积,显示出很好的高温应用前景.     

铌和锆对(Nd,Pr)2Fe14B/α-Fe快淬合金晶化和磁性能的影响

研究了Nb和Zr添加对快淬纳米双相(Nd,Pr)2Fe14B/α-Fe合金晶化行为和磁性能的影响. 结果表明 (Nd0.4Pr0.6)8.5Fe85.5B6合金非晶晶化时, 在α-Fe相初始晶化后, 出现了(Nd,Pr)3Fe62B14亚稳相, 最终亚稳相分解形成(Nd,Pr)2Fe14B和α-Fe两相组织; (Nd0.4Pr0.6)8.5Fe84.5Nb0.5Zr0.5B6非晶晶化时, 同时析出α-Fe相和(Nd,Pr)2Fe14B相. 这说明添加Nb和Zr可避免亚稳相的形成并细化晶粒, 最大磁能积(BH)max从复合添加前的107.5上升到143.6 kJ·m-3. 而且, Nb和Zr原子在非晶晶化过程中可以部分取代Nd和Pr的晶位, 使稀土原子可以参与形成更多的硬磁相, 进一步提高了内禀矫顽力iHc. 合金(Nd0.4Pr0.6)8.5Fe84.5Zr0.5Nb0.5 B6经690 ℃退火10 min后磁性能最优, Br=1.10 T, iHc=534.2 kA·m-1, (BH)max=143.6 kJ·m-3.     

复合添加合金元素对纳米双相Nd2Fe14B/α-Fe永磁体微观结构和磁性能的影响

采用正交实验法系统地研究了复合添加合金元素Ga ,Nb ,Zr,Hf和Pr对纳米双相Nd9-xPrxFe86 .5-y -z -m -nGayNbzZrmHfnB4 .5(x =0 ,2 2 5 ;y ,z ,m ,n =0 .5 ,1.0 )快淬带微观结构和磁性能的影响。结果表明 :复合添加合金元素可以大大地降低Nd2 Fe1 4B和α Fe相的晶粒尺寸 ,并促使快淬带在低辊速下非晶化 ;在退火后样品带中 ,没有发现晶粒的不均匀长大 ,但大量添加合金元素会导致晶粒形貌不够理想。另一方面 ,由于各元素间的交互作用 ,复合添加合金元素使磁性能的变化规律非常复杂。实验发现 ,当Nb的含量为 0 .5 %时 ,增加Pr和Ga的添加量并降低Zr和Hf的添加量可以明显地改善磁性能。成分为Nd2 .2 5Pr6 .75Fe84 .5Ga1 .5Nb0 .5B4 .5的合金 ,在 15m·s- 1 辊速下获得的最佳磁性能为Jr=1.0 5 3T ,iHc=5 3 0 .9kA·m- 1 ,(BH) max=12 4kJ·m- 3。     

快淬设备对Nd2Fe14B/α-Fe合金微结构和磁性能的影响

对比分析了感应喷射式熔旋快淬炉和电弧溢流式熔旋快淬炉在制备纳米双相Nd2Fe14B/α-Fe永磁材料方面的差异,研究了不同快淬设备对材料微结构和磁性能的影响. 结果表明:采用感应喷射式熔旋快淬炉制备的样品,表面较平整,厚度一致性好;而采用电弧溢流式熔旋快淬炉制备的样品,表面不平整,厚度一致性差. 对于相同的配方Nd10Fe79Zr1Co4B6,采用感应喷射式熔旋快淬炉制备的样品磁性能明显高于电弧溢流式熔旋快淬炉. 适当增加Zr含量,可以提高合金的非晶形成能力,有效削弱了电弧溢流式熔旋快淬炉冷却速率波动性较大对样品的负面影响,有助于提高磁性能.     

α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶的界面研究

采用正电子寿命谱和双探头Doppler展宽测量在原子尺度上研究了α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶的界面结构.正电子寿命研究表明, α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶存在两类界面.一类为非晶界面层, 正电子湮没寿命为155 ps; 另一类为具有原子空位的松懈界面, 含有空位尺寸大于1～2个铁原子空位的结构自由体积, 正电子湮没寿命为246 ps.电子-正电子湮没光子的共谐Doppler展宽测量表明这类松懈界面富集非磁性原子Nd和B, 这将削弱α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶晶粒间的磁交换耦合.     

淬速和热处理对纳米双相Nd2Fe14B/α-Fe磁体的性能和微结构的影响

用熔体快淬法制备了高性能纳米双相耦合Nd2Fe14B/α-Fe磁体, 研究了快淬速率和热处理工艺对其磁性能和微结构的影响. 实验结果表明, 控制快淬速率在12 m*s-1时, 可直接得到显微组织均匀、α-Fe相粒子细小且均匀分布的纳米双相耦合Nd2Fe14B/α-Fe磁体. 低温退火处理后可消除由少量非晶相带来的成分不均匀性, 其最高磁性能为iHc=432.2 kA*m-1, Jr=1.08 T, (BH)max=115 kJ*m-3. 快淬速率提高, 非晶相体积分数增加, 在高温晶化热处理时软硬磁相析出不均匀, 个别α-Fe相粒子奇异长大, 尺寸达到100 nm左右, 这不利于软硬磁相间的交换耦合作用, 有损磁性能.     

纳米晶稀土永磁材料的制备和磁性

介绍了纳米晶稀土永磁材料的制备和磁性方面的有关研究工作, 主要内容有: 低钕快淬Fe3B基钕铁硼新型纳米晶复合稀土永磁材料的相结构与磁性, 快淬Pr2Fe14B/α-Fe型纳米复合稀土永磁材料的微结构与永磁性, 快淬Sm-Co基稀土永磁材料的织构与磁各向异性的关系, 以及纳米晶稀土永磁材料的矫顽力机制和模拟计算研究等.     

纳米复合永磁材料晶粒择优取向的研究

利用熔体快淬技术制备把(Nd11．4Fe82.9B5.7)0.99M1(其中M=Zr，Nb，Ga，Zr Ga，Nb Ga)快淬带。发现Ga元素的添加对Nd2Fe14B相晶粒的C轴垂直于带面取向是有利的。复合添加Zr Ga或Nb Ga可获得较好的磁性能，并且进一步提高了快淬带晶粒的择优取向。取向度随厚度改变发生明显的变化，当带厚约为120μm时取向度最高。热处理可使淬带织构度增加，但导致晶粒粗化。利用深冷技术对纳米晶复合快淬带进行超低温处理。发现深冷处理有利于快淬带织构度的增强，且晶粒尺寸几乎不变。     

纳米复合永磁材料晶粒择优取向的研究

利用熔体快淬技术制备了（Nd11.4Fe82.9B5.7）0．99M1（其中M=Zr，Nb，Ga，Zr＋Ga，Nb＋Ga）快淬带。发现Ga元素的添加对Nd2Fe14B相晶粒的C轴垂直于带面取向是有利的。复合添加Zr＋Ga或Nb＋Ga可获得较好的磁性能，并且进一步提高了快淬带晶粒的择优取向。取向度随厚度改变发生明显的变化，当带厚约为120μm时取向度最高。热处理可使淬带织构度增加，但导致晶粒粗化。利用深冷技术对纳米晶复合快淬带进行超低温处理。发现深冷处理有利于快淬带织构度的增强，且晶粒尺寸几乎不变。     

高性能含镨快淬(Nd,Pr)12(FeCoZr)82B6粘结磁体的制备

采用过快淬加晶化退火处理的方法,研究了含有Pr的近正分快淬(Nd,Pr)12(FeCoZr)82B6粘结磁体制备工艺,粘结出的磁体磁性能为:Br=0.669T,Hci=811kA·m-1,Hcb=434kA·m-1,(BH)m=75kJ·m-3。合金快淬态的组成和显微结构、晶化退火温度、晶化退火时间直接影响磁体的磁性能,以24m·s-1速度快淬,并在655℃退火10min,可获得最佳磁性能。实验制备的粘结快淬(Nd,Pr)12(FeCeZr)82B6磁体(密度6 1g·cm-3)磁性能为:Br=0 669T,Hci=811kA·m-1,Hcb=434kA·m-1,(BH)m=75kJ·m-3     

声化学-SPS制备Nd2Fe14B/α-Fe双相复合磁体的结构与性能

利用超声波分解Fe(CO)5,分解产物通过非均相沉淀获得Nd2Fe14B/Fe双相复合磁粉,采用放电等离子烧结技术(Spark Plasma Sintering,SPS)制备出致密的Nd2Fe14B/α-Fe双相复合磁体.研究发现,伴随着软磁相Fe名义含量的增加,硬磁相Nd2Fe14B颗粒表面包覆的纳米Fe颗粒明显增加,包覆更加均匀,双相复合磁体的最大磁能积(BH)m和剩磁Br逐渐增大,在Fe名义含量为15%时获得最佳磁性能:(BH)m=128.2 kJ·m-3(16.1 MGOe),Br=0.92 Hcj=607.35 kA·-1.当Fe名义含量超过15%时,纳米Fe在Nd2Fe14B颗粒表面团聚现象加剧,致使磁能积和剩磁下降.     

低温热处理对α-Fe/Sm2Fe17Cx纳米复合永磁合金结构和磁性能的影响

采用X射线衍射分析、振动样品磁强计和差热分析研究了低温退火处理对Sm5Fe80Cu1Si5B3C2．5Zr3．5非晶合金晶化后纳米复合永磁体的组织结构、磁性能及晶化动力学的影响。结果表明,经400℃低温热处理后纳米复合合金中α-Fe相和Sm2（Fe,Si）17Cx相的组织结构均产生了明显改变,晶粒尺寸分别从原始态（未经处理）的50．6nm（α—Fe相）和20．6nm（Sm2（Fe,si）17Cx相）改变为36．5和24．4nm;体积分数分别从71．1％（α-Fe相）和28．9％（Sm2（Fe,si）17Cx相）改变为76．7％和23．3％;同时磁耦合性能明显增强。晶化动力学分析发现,低温热处理增大了非晶合金的短程有序范围,改变了原始态非晶合金中α—Fe相和Sm2（Fe,Si）17Cx相的晶化行为,这是优化α—Fe／Sm2（Fe,Si）17Cx复合纳米晶结构和提高磁耦合性能的根本原因。     

Sm-Co/α-Fe/Sm-Co三层膜磁性能的微磁学模拟

以微磁学理论为基础,利用OOMMF软件采用三维动力学模型模拟研究了Sm-Co/α-Fe/Sm-Co交换耦合三层膜体系的磁滞回线,并对其磁性能分别与软、硬磁层厚度的关系进行了系统的分析.研究结果表明:只有当软磁层厚度小于其临界尺寸(5 nm)时,磁滞同线近似为矩形,此时三层膜完全耦合;硬磁层的厚度对体系的磁性能也有着密切的关系,而且硬磁层的厚度对体系软磁相的临界尺寸也有着一定的影响,只有在合适的软、硬磁含量比例的情况下才能得到具有最佳磁性能的三层膜.     

纳米Nd2Fe14B永磁材料的有效各向异性随晶粒尺寸的变化

以纳米Nd2Fe14B硬磁材料为例, 从Herzer的随机各向异性理论出发, 采用立方体晶粒结构模型, 建立了纳米硬磁性晶粒之间的部分交换耦合模型, 研究了材料的有效各向异性随晶粒尺寸的变化关系.结果表明: 晶粒之间的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Keff随晶粒尺寸的减小逐渐下降. Keff随晶粒尺寸的变化规律与矫顽力的变化规律基本相似, 纳米Nd2Fe14B硬磁材料矫顽力的下降主要由有效各向异性的减小引起.     

稀土含量对快淬(Nd,Pr)x(FeCoZr)94-xB6粘结磁体磁性能的影响

采用工艺参数范围较宽的部分过快淬加晶化退火工艺，制备了快淬(Nd0．8Pr0.2)x(FeCoZr)94-xB6(x=12．0，10．5，10．0，9．0)粘结磁体，研究了稀土含量对磁体磁性能的影响规律。部分过快淬获得的由非晶和微晶共同组成的条屑，在实验优化的退火条件下晶化处理后，可获得最佳磁性能。稀土含量直接决定磁体的磁性能，随稀土含量的减少，磁体的剩磁Br增加，而内禀矫顽力Hti和最大磁能积(BH)m下降，10％是磁体磁性能发生较大变化的临界稀土含量。低于这一含量，合金中软磁相体积分数超出软磁相被完全耦合的临界值，Br增加缓慢，Hci和(BH)m迅速下降。这一实验结果与本文提出的完全耦合软磁相体积分数示意模型的计算结果相一致。     

α-Fe／Nd2Fel4B复合纳米晶的界面研究

采用正电子寿命谱和双探头Doppler展宽测量在原子尺度上研究了α-Fe，Nd2Fel4B复合纳米晶的界面结构。正电子寿命研究表明，α-Fe/Nd2Fel4B复合纳米晶存在两类界面。一类为非晶界面层，正电子湮没寿命为155ps；另一类为具有原子空位的松懈界面，含有空位尺寸大于-2个铁原子空位的结构自由体积，正电子湮没寿命为246ps。电子-正电子湮没光子的共谐Doppler展宽测量表明这类松懈界面富集非磁性原子Nd和B，这将削弱α-Fe/Nd2Fel4B复合纳米晶晶粒间的磁交换耦合。     

磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的制备

以磁性CoFe2O4为核,采用改进的溶胶-凝胶法,制备了磁性TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料.利用VSM(振动样品磁强计)技术对其磁性能进行了研究,结果表明:由该法所得的TiO2/CoFe2O4纳米复合光催化材料的饱和磁化强度虽稍弱于纯CoFe2O4纳米材料,但其矫顽力则优于CoFe2O4.TEM、XRD、UV-Vis等的结果表明,该纳米复合材料中的TiO2为锐钛矿结构;与TiO2相比,纳米复合材料对光的吸收拓展到了整个紫外-可见区,且吸收强度大大增强.对染料废水光催化降解的模拟研究表明,该复合材料在紫外光下,6 h可以使亚甲基蓝染料溶液的脱色率达95%,且重复使用3次时染料溶液的脱色率仍能保持在90%,明显优于纯TiO2.     

热压/热变形纳米复合永磁体的制备和磁性能的研究

研究了热压热变形纳米复合永磁体制备的新工艺,探讨了制备高性能高各向异性块状纳米复合永磁体的新方法。以晶态纳米复合永磁粉末为原料,研究了热压热变形工艺参数与磁体密度和磁性能的关系。实验中制备出的热压热变形磁体的密度高达7.508g·cm-3,磁体的磁能积为61kJ·m-3。实验表明,温度是影响热压热变形磁体性能的重要因素。磁体在平行于压力方向的磁性能稍高于垂直于压力方向的磁性能,体现出微弱的各向异性。