本文選題：快淬工藝　切入點(diǎn)：NdFeB磁體　出處：《鋼鐵研究總院》2014年博士論文　論文類型：學(xué)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(duì)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(shè)備的限制,快淬磁粉的制備研究進(jìn)展較慢,人們對(duì)快淬磁粉及其后續(xù)熱壓／熱流變過(guò)程的研究存在許多不足之處。本文在實(shí)驗(yàn)上首先采用銅合金輥進(jìn)行了大量關(guān)于快淬磁粉制備方面的探索,然后對(duì)設(shè)備進(jìn)行改進(jìn),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(gè)快淬工藝參數(shù)以及成分對(duì)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(duì)快淬過(guò)程中合金熔體的流體運(yùn)動(dòng),以及凝固前熔體溫度場(chǎng)等進(jìn)行理論上的模擬和研究,對(duì)快淬帶雙層結(jié)構(gòu)的形成原理進(jìn)行了解釋,對(duì)快淬過(guò)程中噴嘴堵塞現(xiàn)象、熔體潤(rùn)濕行為進(jìn)行了分析和解釋,對(duì)實(shí)際快淬粉的生產(chǎn)有重要的指導(dǎo)意義。然后采用理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,在三種成分較優(yōu)的快淬粉的基礎(chǔ)上,進(jìn)行熱流變工藝的優(yōu)化,對(duì)熱流變過(guò)程晶粒取向和晶粒生長(zhǎng)的機(jī)理進(jìn)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(zhǔn)周期層狀結(jié)構(gòu)對(duì)磁體的影響以及產(chǎn)生機(jī)制。得出以下結(jié)論： (1)各個(gè)快淬工藝參數(shù)對(duì)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(duì)于Cu合金輥和難熔合金輥,最佳輥速都為25m/s。對(duì)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(duì)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(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上,磁體獲得的最佳磁性能為：Br=13.66kGs,Hcj=15.73kOe,(BH)m=46.28MGOe。 (2)對(duì)于不同的設(shè)備,最佳快淬磁粉的Nd含量不同。對(duì)于Cu合金輥,最佳Nd含量為29.3wt.%；對(duì)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(xì)化快淬NdFeB磁粉的晶粒,較好的增強(qiáng)磁體的矯頑力；Nb元素的微量添加也能細(xì)化晶粒,但對(duì)矯頑力的影響不明顯。對(duì)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(yīng)快淬過(guò)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(dǎo)致的。快淬帶的雙層結(jié)構(gòu)形成原因是由于冷卻輥吸熱時(shí)間短而有限冷卻所致,通過(guò)增大冷卻輥直徑或調(diào)控工藝參數(shù)可以對(duì)其進(jìn)行抑制。快淬過(guò)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(rùn)濕性對(duì)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(duì)潤(rùn)濕性產(chǎn)生影響。 (4)進(jìn)行建模分析,分析了快淬過(guò)程的熱傳輸問(wèn)題,得出熔體溫度T是位置x和時(shí)間t的函數(shù)。熔體溫度隨時(shí)間t的增加急劇降低,這使熔體在短時(shí)間內(nèi)能夠達(dá)到很大的過(guò)冷度。熔體溫度隨空間位置x的變化會(huì)導(dǎo)致快淬帶晶粒尺寸的分布,通過(guò)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(shè)備制備三種優(yōu)化成分的快淬粉,然后進(jìn)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(guān)。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(shí)驗(yàn)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(guò)程中的應(yīng)力。 (6)通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn),在墩粗熱流變過(guò)程中,磁體在應(yīng)力作用下有效應(yīng)變從中心向兩端逐漸減小,實(shí)驗(yàn)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(shí),對(duì)快淬熱流變磁體的熱流變過(guò)程中晶粒取向和長(zhǎng)大過(guò)程建立了一個(gè)新的模型-晶粒旋轉(zhuǎn)粗化模型,認(rèn)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(zhǎng)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(dòng)力分別為應(yīng)變能和晶界能。對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中Nd含量降低導(dǎo)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(jìn)行較好的解釋。 (7)對(duì)快淬熱流變磁體的準(zhǔn)周期層狀結(jié)構(gòu)進(jìn)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(zhǔn)周期結(jié)構(gòu),這個(gè)結(jié)構(gòu)的形成與快淬磁粉的表面結(jié)構(gòu)有關(guān)。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。快淬粉的表面形貌會(huì)對(duì)大晶粒層的厚度產(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。
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【學(xué)位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM273

【參考文獻(xiàn)】

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