【摘要】：作為目前綜合磁性能最佳的永磁材料,釹鐵硼永磁已經(jīng)得到非常廣泛的應(yīng)用。但是它的居里溫度低(314℃),熱穩(wěn)定性較差,溫度升高時,矯頑力會隨溫度的升高而急劇降低。尤其是近年來,在一些新的應(yīng)用領(lǐng)域如電動汽車和混合動力汽車等都需要釹鐵硼永磁擁有良好的熱穩(wěn)定性,即在室溫下的高矯頑力可以抵抗高溫(大于150℃)工作環(huán)境下磁體的熱退磁問題。釹鐵硼磁粉經(jīng)常用作粘結(jié)磁體的原材料,它的矯頑力和熱穩(wěn)定性通常較低,晶粒尺寸通常小于3μm且晶界相非常薄,相較于晶粒尺寸大于3μm且晶界相較厚的燒結(jié)釹鐵硼而言,其矯頑力的提升空間更大,更有可能獲得高的矯頑力。因此本文的目的就在于通過晶界擴散的方法提高釹鐵硼磁粉的矯頑力,從而提高粘結(jié)磁體的矯頑力及其熱穩(wěn)定性,最終盡可能的減弱粘結(jié)磁體在高溫環(huán)境下的磁通損失,進而滿足一些高溫應(yīng)用領(lǐng)域?qū)︹S鐵硼磁體熱穩(wěn)定性的需求。本實驗利用晶界擴散改善釹鐵硼磁粉磁性能,利用氫化和快淬方法制備得到NdCu、PrCu、NdAl、PrAl、NdCuAl、PrCuAl 及 NdCuAIZnx等擴散源,系統(tǒng)的探究了影響擴散效果的各種因素并得出最終的優(yōu)選工藝參數(shù);同時利用X射線衍射(XRD)、振動樣品磁強計(VSM)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)等分析設(shè)備系統(tǒng)地研究了晶界擴散前后磁粉磁性能、微觀結(jié)構(gòu)的改變,對擴散過程的行為進行了分析,最終制備粘結(jié)磁體進行了熱穩(wěn)定性的表征。(1)影響磁粉晶界擴散效果的主要因素包括擴散的溫度、時間、擴散源與磁粉的粒度配比、擴散源比例、擴散源種類等�？齑愦欧圻M行擴散時磁粉與擴散源粒度的配比應(yīng)為80目:80目,磁粉矯頑力會隨擴散源比例的增加而不斷升高最終趨于飽和,而不同種類擴散源對應(yīng)的優(yōu)選溫度、時間不同,其中NdCu、NdCuAl為650℃、1h,PrCu、PuCuAl 為 625℃、3h,NdAl、PrAl 為 675℃、0.5h。各向異性(HDDR)磁粉進行擴散時磁粉與擴散源粒度的配比應(yīng)為80目:200目,擴散NdCuAl及NdCuAlZnx的優(yōu)選溫度、時間為760℃、1h,同時擴散源比例最好控制在2%～4%之間;另外,當Zn的原子百分比x=3時,擴散效果相對最好。(2)晶界擴散后,快淬磁粉矯頑力發(fā)生明顯變化,擴散6%、10%及20%的NdCuAl后,矯頑力分別提升41%、131%及189%,當擴散源比例達30%時,矯頑力最大,達到23.14kOe,較初始磁粉提高211%;由于磁粉中添加進入大量的非磁性合金,導致磁能積(BH)max及剩磁Br會有一定程度的下降。初始磁化曲線表明,初始磁粉中同時存在矯頑力的形核和釘扎機制,隨擴散源比例的增加,磁化過程中釘扎機制逐漸占主導地位。擴散2%的NdCuAl及NdCuAlZn3后,HDDR磁粉矯頑力提升IkOe～2kOe,其中NdCuAlZn3相較于擴散NdCuAl矯頑力提高0.1kOe～0.2kOe。(3)快淬磁粉XRD分析結(jié)果表明,未擴散磁粉中只存在Nd2Fe14B相及少量α-Fe相,但當擴散源比例超過10%后,還出現(xiàn)了富Nd相及一些未知相,推測當擴散源比例較大時,并不能全部進入磁粉中而會有一部分熔化后包裹在磁粉周圍,這一推測由擴散后磁粉的SEM圖得到證實;另外,10%及30%NdCuAl擴散磁粉的有效擴散量約為44%及50%。快淬磁粉的TEM圖表明隨擴散源比例的增加,晶界相的數(shù)量、厚度、均勻性及連續(xù)性都會逐漸提升,晶界厚度會由最初的1nm增長為5nm,而晶粒尺寸會由最初的30nm生長到50～70nm。晶界擴散形成的富Nd相薄層可以作為非常有效的阻止疇壁運動的釘扎中心,這種釘扎效應(yīng)最終表現(xiàn)為矯頑力的提升。HDDR磁粉SEM圖表明擴散后晶界相數(shù)量明顯增多,但整體分布不均勻;擴散2%的NdCuAlZn3后,出現(xiàn)了明顯的晶界帶,說明Zn的添加可能有助于增加擴散源的流動性,從而增大擴散效率。(4)晶界擴散后,相同溫度及時間下,粘結(jié)磁體的磁通損失最大能夠降低約80%;矯頑力溫度系數(shù)β由-0.39%/℃提高到-0.37%/℃,且溫度升高到175 ℃時矯頑力由未擴散的3.1kOe提高到9.8kOe,由此粘結(jié)磁時效穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定得到明顯提升。
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磁性材料是當今社會￥常重要的一種功能材料，它以現(xiàn)代的高新技術(shù)作為支撐，逡逑成為新材料的重要組成部分，近年來得到迅猛發(fā)展。根據(jù)用處的不同和特性的不同，逡逑磁性材料可以分為不同的類型，如圖１．１所示即為磁性材料的常見分類。逡逑１：５釤鈷逡逑鐵氧體逡逑永磁材料邐培鏡鈷逡逑燒結(jié)錢鐵硼逡逑稀土永磁逡逑磁性材料邐釹鐵硼逡逑軟磁鐵氧體邐ｂ／ｂ＾邐粘結(jié)釹鐵硼逡逑軟灥料逡逑非晶軟酣料逡逑圖１．１磁性材料分類逡逑以Ｎｄ２Ｆｅｉ４Ｂ相為主相的釹鐵硼（ＮｄＦｅＢ）永磁材料，是目前綜合性能最優(yōu)的磁逡逑性材料，是繼釤鈷稀土永磁后的第三代稀土永磁材料，它是１９８３年分別由日本［１】和逡逑美國［２］最先研制成功的。作為一種極其重要的功能材料，ＮｄＦｅＢ永磁體因為具有較高逡逑的Ｈｅ及高的Ｍｓ，因而幾乎被應(yīng)用在所有的現(xiàn)代電器設(shè)備中＋５１。逡逑然而，釹鐵硼的居里溫度點低（３１４°Ｃ），熱穩(wěn)定性差，在許多新的應(yīng)用領(lǐng)域中逡逑如混合動力汽車和風力渦輪電機等，無法滿足高溫工作（＞２００°Ｃ）的需求Ｗ。由于居里逡逑溫度較低，磁體在高溫環(huán)境下工作時，其矯頑力會隨著溫度的升高而急劇的降低。目逡逑前常用的提高磁體矯頑力的方法是元素添加法

，導致ＮｄＦｅＢ的成本升高［４３１。另一種提高矯頑力的方法就是優(yōu)化磁粒尺寸和晶界相。為了減少重稀土的用量進而降低生產(chǎn)成本，研化晶界相的方法來提高矯頑力，并致力于這一方法的研宄，由此念。逡逑年，ＰａｒｉＪＭ等人首次提出了晶界擴散的概念，之后對重稀土元素ＦｅＢ中直接添加，而是通過表面涂覆及滲入的方式來提高矯頑力，土的用量，提高了使用效率。逡逑年日本的Ｋ．Ｈｉｒｏｔａ［４５］等人將Ｄｙ２０３涂覆在４ｘ４ｘ0．５ｍｍ３的磁體表面，力提高了邋０．５５Ｔ。此后，晶界擴散的方法就被逐漸運用到各種Ｎｄ燒結(jié)磁體［４６４８］、ＨＤＤＲ磁粉粘結(jié)磁粉曑以及熱壓磁體中對ＮｄＦｅＢ磁體的矯頑力有極大的提升作用，，進而對提高其熱穩(wěn)定年，ＭａｔａｈｉｒｏＫｏｍｕｒｏ［５３］研究了向ＮｄＦｅＢ磁粉中擴散ＤｙＦｘ、ＬａＦｘ、由原來的１．５邋ｋＯｅ提高了到０．１４邋ｋＯｅ、０．１３邋ｋＯｅ、０．１６邋ｋＯｅ，具體
【學位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM273

【參考文獻】

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1 劉濤;周磊;程星華;張昕;喻曉軍;李波;;燒結(jié)釹鐵硼添加合金元素的研究進展[J];金屬功能材料;2011年02期

2 林巖;周廣旭;唐任遠;周挺;;燒結(jié)釹鐵硼材料的熱穩(wěn)定性對電機設(shè)計的影響及合理選擇[J];沈陽工業(yè)大學學報;2007年06期

相關(guān)碩士學位論文 前1條

1 邢正茂;低Dy含量高熱穩(wěn)定性燒結(jié)釹鐵硼的制備研究[D];蘭州大學;2013年

本文編號：2640977