本文關鍵詞：燒結釹鐵硼磁體的晶界調控與性能研究

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【摘要】：燒結Nd-Fe-B磁體具有極大的磁能密度,因而在消費類電子產(chǎn)品、節(jié)能家電、醫(yī)療設備等領域有著廣泛的應用。隨著現(xiàn)代科技的快速發(fā)展,越來越多的由電能轉化為機械能的裝置需要NdFeB型磁體以減小體積,提高效率。最近,以混合電動汽車、電動汽車、風力發(fā)電為代表的環(huán)境友好型產(chǎn)業(yè)對NdFeB型磁體的需求進一步擴大。然而,燒結Nd-Fe-B磁體相對較差的熱穩(wěn)定性導致其磁性在高溫下容易退化,無法滿足特殊環(huán)境下的應用需求。為了改善Nd-Fe-B磁體的熱穩(wěn)定性,需要更高的室溫矯頑力以補償其在高溫下的磁通損失。在提高燒結Nd-Fe-B磁體矯頑力方面一是引入重稀土Dy/Tb以提高Nd2Fe14B主相的磁晶各向異性場,二是優(yōu)化磁體微觀結構以限制主相晶粒邊界處的反磁化疇形核。本文的工作即是為了提高燒結Nd-Fe-B磁體的室溫矯頑力和熱穩(wěn)定性以使該類磁體能夠在更廣泛的溫度范圍內適用為了提高燒結Nd-Fe-B磁體的矯頑力和熱穩(wěn)定性以高溫應用,一種新穎的鋱硫化物粉末被晶界添加到(Pr0.25Nd0.75)30.6Cu0.15FebalB1(wt%)基體磁體中。正如期望的那樣,添加3 wt% Tb2S3,磁體的矯頑力大幅提高了約54%,而其剩磁和最大磁能積沒有出現(xiàn)大幅降低。用電子顯微分析儀(EPMA),我們可以觀察到Tb主要存在于Nd2Fe14B主相晶粒的表面區(qū)域,形成了一個發(fā)展完好的富Tb相,導致主相磁晶各向異性場HA得到提高,這也是磁體矯頑力大幅提高的原因。此外,與未添加Tb2S3磁體相比,晶界添加Tb2S3磁體在室溫到100℃下的剩磁可逆溫度系數(shù)a、矯頑力可逆溫度系數(shù)β以及室溫到150℃下的不可逆磁通損hirr值均降低,表明磁體的熱穩(wěn)定性得到有效提高。根據(jù)二元含Dy合金相圖,設計了成分為Dy88Mn12(熔點為855℃)的低熔點共晶合金作為輔合金。通過雙合金方法將不同含量的Dy88Mn12微粉晶界添加到初始磁體中,系統(tǒng)研究了晶界添加Dy88Mn12合金對Nd-Fe-B磁體的磁性能、顯微結構及熱穩(wěn)定性的影響。當Dy88Mn12含量從0提高到4 wt%時,磁體矯頑力從12.56 kOe提高到17.49 kOe,而磁體剩磁僅略微降低。掃描電子顯微鏡(SEM)和EPMA結果顯示隨著Dy88Mn12的添加,獲得了連續(xù)且均勻的晶界相,導致2：14：1主相晶粒被很好的隔開,這將有利于提高Nd-Fe-B磁體的矯頑力。同時,我們發(fā)現(xiàn)Dy富集在2：14：1主相晶粒的表層區(qū)域,取代主相晶粒中的Nd以形成(Nd,Dy)2Fei4B殼層結構。(Nd,Dy)2Fei4B相增大的磁晶各向異性場是磁體矯頑力提高的主要原因。此外,隨著Dy88Mn12添加磁體的熱穩(wěn)定性得到了有效提高。添加0-4 wt%在20℃至100℃溫度范圍下磁體剩磁溫度系數(shù)a從-0.115%/℃提高到-0.107%/℃,矯頑力溫度系數(shù)β從-0.744%/℃提高-0.696%/℃。另外,4 wt%添加磁體暴露在150℃下2小時后的不可逆磁通損hirr低于4%,進一步表明Nd-Fe-B磁體的熱穩(wěn)定性能通過晶界添加Dy88Mn12合金來大幅提高。此外,根據(jù)Tb-Ga合金相圖,我們選擇了另外一種共晶合金Tb90Gaio(熔點為880℃)作為輔合金添加物,在燒結過程中以促進晶界相的流動和形成磁硬化層。添加3 wt% Tb9OGa10到(Pr0.25Nd0.75)30.6Cu0.15FebalB1基體磁體中,磁體的矯頑力從12.58 kOe提高到21.73 kOe,增長了約72.7%,而剩磁和最大磁能積僅分別降低了7.9%和14.0%。矯頑力提高的原因是優(yōu)化的晶界相以及在2：14：1基質晶粒的表層區(qū)域形成了完備的Tb取代相。另外,Th90Ga10添加磁體在20℃至100℃的a和β值小于基體磁體的a和β值,并且hirr值也隨著Tb90Ga10的添加而急劇降低。與溫度相關的磁性結果表明晶界添加Th90Ga10合金,燒結磁體的熱穩(wěn)定性將同時得到有效地提高。
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM27

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本文編號：1304885