發(fā)布時間：2018-03-10 16:49

  本文選題：快淬工藝　切入點：NdFeB磁體　出處：《鋼鐵研究總院》2014年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：快淬NdFeB磁粉是制備高性能的各向異性熱流變NdFeB磁體或熱擠壓輻向磁環(huán)最重要的原料之一。和粘結(jié)磁體不同,熱流變NdFeB磁體對磁粉有著更高的要求,如需要快淬磁粉連續(xù)平整、厚度統(tǒng)一、微觀組織均勻。由于專利和設備的限制,快淬磁粉的制備研究進展較慢,人們對快淬磁粉及其后續(xù)熱壓／熱流變過程的研究存在許多不足之處。本文在實驗上首先采用銅合金輥進行了大量關于快淬磁粉制備方面的探索,然后對設備進行改進,采用難熔合金作為新冷卻輥,研究了不同冷卻輥條件下各個快淬工藝參數(shù)以及成分對快淬粉微觀結(jié)構(gòu)及其熱流變磁體磁性能的影響,制備了具有較高磁性能的塊狀快淬熱流變磁體。在理論上,對快淬過程中合金熔體的流體運動,以及凝固前熔體溫度場等進行理論上的模擬和研究,對快淬帶雙層結(jié)構(gòu)的形成原理進行了解釋,對快淬過程中噴嘴堵塞現(xiàn)象、熔體潤濕行為進行了分析和解釋,對實際快淬粉的生產(chǎn)有重要的指導意義。然后采用理論與實驗相結(jié)合的方法,在三種成分較優(yōu)的快淬粉的基礎上,進行熱流變工藝的優(yōu)化,對熱流變過程晶粒取向和晶粒生長的機理進行研究,提出了晶粒旋轉(zhuǎn)粗化模型,研究了快淬熱流變磁體準周期層狀結(jié)構(gòu)對磁體的影響以及產(chǎn)生機制。得出以下結(jié)論： (1)各個快淬工藝參數(shù)對快淬磁粉及其熱流變磁體的微觀結(jié)構(gòu)和磁性能都有較大的影響。對于Cu合金輥和難熔合金輥,最佳輥速都為25m/s。對于Cu合金輥,最佳的噴射壓力、熔體溫度分別為0.07MPa,1250℃左右；對于難熔合金輥,最佳的噴射壓力、噴口直徑、熔體溫度分別為0.03MPa、0.4mm、1300℃左右。在小型實驗設備的基礎上,磁體獲得的最佳磁性能為：Br=13.66kGs,Hcj=15.73kOe,(BH)m=46.28MGOe。 (2)對于不同的設備,最佳快淬磁粉的Nd含量不同。對于Cu合金輥,最佳Nd含量為29.3wt.%；對于難熔合金輥,最佳Nd含量為28.5wt.%。Nd含量越低,制備的磁體的剩磁越高,但矯頑力可能下降。Pr、Co元素的取代都能在一定程度上改善磁體的微結(jié)構(gòu),并提高快淬熱流變磁體的磁性能,最佳Pr、Co含量都為2wt.%。Ga、Al等元素的微量添加都能細化快淬NdFeB磁粉的晶粒,較好的增強磁體的矯頑力；Nb元素的微量添加也能細化晶粒,但對矯頑力的影響不明顯。對于相同的成分,難熔合金輥制備的快淬熱流變磁體性能優(yōu)于Cu合金輥。 (3)理論分析表明,感應快淬過程中熔體的噴速與噴射壓力的平方根成正比；快淬帶的厚度與噴射速度,噴嘴直徑成正比,與輥速成反比,受噴嘴高度影響較小,而快淬帶的展寬主要是由熔體在冷卻輥表面的粘附鋪展導致的�？齑銕У碾p層結(jié)構(gòu)形成原因是由于冷卻輥吸熱時間短而有限冷卻所致,通過增大冷卻輥直徑或調(diào)控工藝參數(shù)可以對其進行抑制�？齑氵^程中噴嘴堵塞源于熔體表面自由能的作用。提高熔體與冷卻輥之間的潤濕性對快淬粉的制備十分重要,除了選擇合適的熔體成分和冷卻輥材料之外,改變冷卻輥表面的粗糙度、表面的性質(zhì)、吸附情況等都能對潤濕性產(chǎn)生影響。 (4)進行建模分析,分析了快淬過程的熱傳輸問題,得出熔體溫度T是位置x和時間t的函數(shù)。熔體溫度隨時間t的增加急劇降低,這使熔體在短時間內(nèi)能夠達到很大的過冷度。熔體溫度隨空間位置x的變化會導致快淬帶晶粒尺寸的分布,通過改變快淬工藝參數(shù),可以控制快淬帶的厚度,從而控制快淬帶厚度方向上晶粒尺寸的均勻分布。 (5)采用中型快淬設備制備三種優(yōu)化成分的快淬粉,然后進行熱流變工藝研究,隨著變形速率的降低,熱流變磁體的剩磁和最大磁能積先增加后減少,存在最佳的變形速率,而矯頑力Hcj隨著變形速率的變化規(guī)律與稀土含量有關。在相同的變形速率,稀土含量較低的快淬熱流變磁體剩磁高于稀土含量較高的快淬熱流變磁體,但其矯頑力低于其他兩種磁體。稀土含量較高的快淬熱流變磁體矯頑力Hcj隨著變形速率的減小下降速度更快。實驗中獲得的最佳磁性能為：Br=14.71kGs,Hcj=13.02kOe,(BH)m=52.81MGOe。稀土含量的增加能夠降低熱流變過程中的應力。 (6)通過模擬發(fā)現(xiàn),在墩粗熱流變過程中,磁體在應力作用下有效應變從中心向兩端逐漸減小,實驗證明有流變的部分才形成織構(gòu),因此流變是NdFeB磁體產(chǎn)生取向的必要條件。同時,對快淬熱流變磁體的熱流變過程中晶粒取向和長大過程建立了一個新的模型-晶粒旋轉(zhuǎn)粗化模型,認為晶粒旋轉(zhuǎn)和相鄰取向晶粒之間的合并是熱流變磁體晶粒取向和長大的原因,晶粒的旋轉(zhuǎn)包括沿壓力方向的縱向旋轉(zhuǎn)和垂直于壓力方向的橫向旋轉(zhuǎn),驅(qū)動力分別為應變能和晶界能。對實驗過程中Nd含量降低導致的晶粒小的快淬粉制備的熱流變磁體晶粒更大的現(xiàn)象進行較好的解釋。 (7)對快淬熱流變磁體的準周期層狀結(jié)構(gòu)進行了研究�？齑銦崃髯兇朋w中存在由取向良好的小晶粒層和取向較差的大晶粒層構(gòu)成的準周期結(jié)構(gòu),這個結(jié)構(gòu)的形成與快淬磁粉的表面結(jié)構(gòu)有關。界面能是大晶粒層形成的主要原因�？齑愦欧壑g貼輥面和自由面的接觸方式分成三種類型�？齑惴鄣谋砻嫘蚊矔䦟Υ缶Я拥暮穸犬a(chǎn)生極大的影響。改善快淬磁粉的表面形貌和降低稀土含量能夠抑制粗晶層的厚度。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TM273

【參考文獻】

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本文編號：1594217