發(fā)布時間：2018-11-18 11:02

【摘要】：隨著高端永磁電機在風力發(fā)電、節(jié)能家電、新能源汽車等領域的推廣和應用,極大增加了Nd-Fe-B稀土永磁材料的需求。但Nd2Fe14B的居里溫度(585 K)偏低,磁性能隨溫度升高衰減越來越嚴重,極大限制了其高溫環(huán)境下的使用。改善磁體溫度穩(wěn)定性通�？赏ㄟ^元素添加,提升磁體的矯頑力和居里溫度來實現。因此,本文通過熔體快淬制備Nd-Fe-B合金,結合同步輻射等表征技術,系統研究元素添加效用及其對Nd-Fe-B合金居里溫度的影響機理,并對等離子燒結磁體的服役特性展開了評價。首先研究了一系列重稀土元素添加對Nd-Fe-B快淬帶磁性能的影響,并分析了主相晶體結構和合金微觀組織的變化規(guī)律。同時,針對高豐度輕稀土元素Ce添加對磁性能的影響展開全面系統研究。采用高分辨透射電鏡、掃描電鏡和能譜分析等表征方法對快淬帶的納米晶微觀組織及其成分起伏進行了詳細觀測分析,并結合電子衍射花樣與X射線衍射分析測定主相晶胞參數隨Ce添加量的變化規(guī)律,通過同步輻射X射線吸收精細結構譜分析不同添加量時Ce的價態(tài)變化,探索Ce元素對磁性能的作用機理。在添加單一元素Ce的基礎上,復合添加Co與Cu元素,通過高分辨透射電鏡表征納米晶晶界處富稀土相的微觀形貌及其分布規(guī)律,揭示Co與Cu元素影響Nd-Fe-B稀土永磁材料磁性能的微觀機制。此外,使用同步輻射技術,測定元素添加前后X射線吸收精細結構譜Fe-K邊的變化,擬合Fe-Fe間原子間距,分析原子交換作用對居里溫度變化趨勢的影響,闡明稀土元素對居里溫度的影響機理。同時通過測定不同稀土元素添加對剩磁溫度系數及矯頑力溫度系數的作用,綜合分析Nd-Fe-B稀土永磁材料的高溫穩(wěn)定性。采用放電等離子燒結技術制備各向同性Nd-Fe-B燒結磁體,研究復合添加Ce、Co、Cu磁體磁性能及其溫度穩(wěn)定性,并通過高壓加速腐蝕和循環(huán)冷熱沖擊評估磁體在模擬工況條件下的服役特性。本文從原子局域結構、晶格畸變、微觀組織演化等角度,深入分析元素復合添加影響Nd-Fe-B稀土永磁材料磁性能及溫度穩(wěn)定性的微觀機制,構建稀土永磁材料宏觀性質與原子微觀結構之間的關聯,為建立Nd-Fe-B稀土永磁材料“成分—組織—性能—服役特能”數據庫提供部分相關數據,并為設計制備新型高性價比Nd-Fe-B稀土永磁材料提供理論與實驗指導。
[Abstract]:With the popularization and application of high-end permanent magnet motor in wind power generation, energy-saving household appliances, new energy vehicles and other fields, the demand of Nd-Fe-B rare earth permanent magnet materials has been greatly increased. However, the Curie temperature (585K) of Nd2Fe14B is relatively low, and its magnetic properties decay more and more seriously with the increase of temperature, which greatly limits its use at high temperature. Improving the temperature stability of magnets is usually achieved by adding elements to enhance the coercivity and Curie temperature of magnets. Therefore, in this paper, Nd-Fe-B alloy was prepared by melt rapid quenching, and combined with synchrotron radiation and other characterization techniques, the effect of element addition and its influence on Curie temperature of Nd-Fe-B alloy were systematically studied. The service characteristics of plasma sintered magnets are evaluated. The effect of addition of a series of heavy rare earth elements on the magnetic properties of the Nd-Fe-B quenched zone was studied, and the changes of the main phase crystal structure and the microstructure of the alloy were analyzed. At the same time, the effect of Ce addition on magnetic properties was studied systematically. High resolution transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) were used to characterize the microstructure of nanocrystalline and its component fluctuation. Combined with electron diffraction pattern and X-ray diffraction analysis, the variation of the cell parameters with the addition of Ce was determined, and the valence changes of Ce were analyzed by synchrotron radiation X-ray absorption fine structure spectroscopy. The action mechanism of Ce element on magnetic properties was explored. On the basis of adding single element Ce and adding Co and Cu elements, the morphology and distribution of rare earth rich phase at the grain boundary of nanocrystalline were characterized by high resolution transmission electron microscopy (TEM). The microcosmic mechanism of the influence of Co and Cu elements on the magnetic properties of Nd-Fe-B rare earth permanent magnetic materials is revealed. In addition, synchrotron radiation technique was used to measure the changes of Fe-K edge of X-ray absorption fine structure spectrum before and after adding elements, to fit the atomic distance between Fe-Fe and to analyze the effect of atomic exchange on Curie temperature change trend. The mechanism of the effect of rare earth elements on Curie temperature is explained. At the same time, the high temperature stability of Nd-Fe-B rare earth permanent magnet was analyzed by measuring the effect of different rare earth elements on the temperature coefficient of remanence and coercivity. Isotropic Nd-Fe-B sintered magnets were prepared by spark plasma sintering (SPS) technique. The magnetic properties and temperature stability of composite Ce,Co,Cu magnets were studied. The service characteristics of magnets under simulated conditions were evaluated by high pressure accelerated corrosion and cyclic cold and heat shock. From the aspects of atomic local structure, lattice distortion, microstructure evolution and so on, this paper analyzes the microcosmic mechanism of the effect of the addition of elements on the magnetic properties and temperature stability of Nd-Fe-B rare earth permanent magnetic materials. The relationship between the macroscopic properties and the atomic microstructure of rare earth permanent magnetic materials was constructed to provide some relevant data for the establishment of the database of Nd-Fe-B rare earth permanent magnets "composition, microstructure, properties and special energy". It also provides theoretical and experimental guidance for the design and preparation of new Nd-Fe-B rare earth permanent magnetic materials with high performance and price ratio.
【學位授予單位】：江西理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG146.416

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本文編號：2339853