本文關鍵詞： NdFeB永磁材料 晶界相 矯頑力 晶界擴散 耐腐蝕性　出處：《華南理工大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：燒結(jié)釹鐵硼(NdFeB)永磁具有優(yōu)異的室溫永磁性能,已經(jīng)成為國民經(jīng)濟和國防工業(yè)的重要基礎性材料。進入二十一世紀,電子信息、醫(yī)療設備、混合動力汽車、風力發(fā)電等產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展對燒結(jié)NdFeB磁體的矯頑力熱穩(wěn)定性提出了更高的要求。越來越多的研究者開展了大量的研究工作來提高燒結(jié)NdFeB的永磁性能和熱穩(wěn)定性。燒結(jié)NdFeB永磁材料的性能不僅與主相Nd_2Fe_(14)B的內(nèi)稟性能有關,而且還受到晶界相顯微組織結(jié)構(gòu)、分布和體積分數(shù)的影響。通過對主相、晶界相以及它們之間的界面調(diào)控能有效提高燒結(jié)NdFeB永磁材料的性能。添加重稀土元素Dy來提高主相顆粒的各向異性場是目前提高NdFeB永磁材料矯頑力最有效的手段之一。但是,由于重稀土Dy與Fe的原子磁矩為反鐵磁性耦合,它的添加會降低材料剩磁和最大磁能積;同時,重稀土元素Dy在自然界中含量稀少,價格昂貴。因此,Dy的添加顯著增加了材料的制造成本。目前,發(fā)展不含重稀土Dy或者少含重稀土Dy的高矯頑力燒結(jié)NdFeB磁體已經(jīng)成為了當今研究的主要方向。本論文基于NdFeB永磁材料高性能化和低成本化,主要開展了三個方面的研究工作:一是通過熱處理工藝優(yōu)化改善燒結(jié)NdFeB磁體的顯微組織和晶界結(jié)構(gòu),提高矯頑力;二是采用目前較為流行的重稀土元素晶界擴散技術調(diào)控NdFe B永磁材料的晶界結(jié)構(gòu),改善顯微組織和磁性能,并研究了相關機理;三是為了進一步降低燒結(jié)NdFeB的制造成本,開發(fā)不含重稀土元素Dy的高矯頑力燒結(jié)NdFe B磁體,提出和研究了一種新的晶界擴散工藝——非稀土氧化物晶界固體擴散技術,在進一步減少稀土含量的同時增加了磁體矯頑力,系統(tǒng)分析了相關的物理機制。為了研究燒結(jié)NdFeB磁體晶界相和界面結(jié)構(gòu)對磁性能,特別是矯頑力的影響機理,對工業(yè)化批量生產(chǎn)的燒結(jié)NdFeB磁體進行了二次優(yōu)化熱處理工藝探索。在900℃/1h和550℃/1h熱處理條件下,磁體的矯頑力從1399 kA/m提高到1560 kA/m。研究發(fā)現(xiàn),連續(xù)、光滑、清晰的薄帶狀晶界富Nd相以及光滑的界面結(jié)構(gòu)對于燒結(jié)NdFeB磁體矯頑力的提高有很大的幫助。此外,還以實際觀察到的燒結(jié)NdFe B顯微組織為基礎,通過微磁學模擬的手段研究了不同形貌晶界相對于NdFeB磁體反磁化過程的影響。在退磁過程中,發(fā)現(xiàn)位于主相顆粒角隅的大塊晶界富Nd相誘發(fā)該區(qū)域優(yōu)先形成反磁化疇;而連續(xù)、筆直、光滑的薄帶狀富nd相,不僅有利于提高界面處的局部各向異性場,抑制反磁化疇的形核,并且對反磁化疇的疇壁擴張有明顯地阻礙作用。這對理解燒結(jié)ndfeb磁體顯微結(jié)構(gòu)與矯頑力的相互關系具有重要意義。采用重稀土氧化物dy2o3作為擴散介質(zhì),對ndfeb快淬粉末和燒結(jié)永磁材料進行了晶界固體擴散工藝研究,分析擴散工藝對磁性能的影響。結(jié)果表明,重稀土氧化物晶界固體擴散處理能顯著提高磁體的矯頑力,并且剩磁基本保持不變。通過工藝優(yōu)化快淬ndfeb磁粉的矯頑力從1678ka/m提高到2086ka/m;燒結(jié)ndfeb磁體矯頑力從965ka/m提高到1154ka/m。研究還發(fā)現(xiàn),擴散進入的dy并沒有在晶界相中富集,而主要在主相顆粒外延層偏聚,這有利于降低燒結(jié)ndfeb磁體中重稀土的使用量。此外,結(jié)合擴散后磁體的顯微組織結(jié)構(gòu)變化及顯微組織結(jié)構(gòu)參數(shù)的計算,總結(jié)了重稀土元素或化合物對提高矯頑力的作用機理:第一是擴散進入的dy會替代主相晶粒表層的nd原子,形成(nd,dy)2fe14b新相,起到磁硬化作用,抑制了主相顆粒表層的反磁化疇的形核;第二是替換出來的nd原子進入晶界相,增加了ndfeb晶界相的含量,起到去磁耦合作用;第三是在擴散過程中,晶界相結(jié)構(gòu)、分布以及界面結(jié)構(gòu)得以優(yōu)化,加強了晶界相對反磁化疇疇壁的釘扎作用。這一系列工作對研究晶界擴散對ndfeb永磁材磁性能的作用機理有十分重要的參考價值。為了擺脫傳統(tǒng)晶界擴散對于稀土元素的依賴,首次提出以非稀土氧化物mgo作為擴散介質(zhì)的晶界固體擴散工藝。與目前研究最多的低熔點稀土-金屬共晶化合物晶界擴散工藝不同,雖然mgo不包含稀土元素,但經(jīng)過晶界固體擴散工藝處理后,磁體的矯頑力也有了較大幅度的提高,從1094ka/m提高到1170ka/m,剩磁也沒有顯著降低,并且磁體的耐腐蝕性也有了顯著的增強。初步研究表明,擴散進入的mgo主要存在于晶界相中,一方面,mgo與晶界相反應有助于改善晶界相的潤濕性,液相擴散使主相顆粒邊緣棱角溶解,形成光滑和連續(xù)的薄帶層狀的富nd相,減少了界面處的缺陷,抑制了該區(qū)域反磁化疇的形核;另一方面,形成新的nd-o-fe-mg晶界相優(yōu)化了晶界相的成分和結(jié)構(gòu),加強了晶界相對疇壁的釘扎作用。正是這兩個原因,使得該工藝比傳統(tǒng)合金添加對于磁體綜合磁性能的提高作用更加顯著。這為降低制造成本,發(fā)展不含重稀土元素的燒結(jié)ndfeb永磁材料提出了一個新的思路。在之前提出的非稀土化合物晶界固體擴散技術的基礎上,以zno作為擴散介質(zhì),研究了ZnO晶界固體擴散工藝及其對燒結(jié)NdFeB性能的影響。通過工藝優(yōu)化,磁體矯頑力從1085 kA/m提高到1290 kA/m,提高幅度高達19%。這種新的晶界擴散工藝對磁體晶界相結(jié)構(gòu)、成分和分布的調(diào)控有著一系列獨特的優(yōu)點,包括:實現(xiàn)了主相和晶界相界面的錯配度降低,使界面處缺陷減少;晶界相對疇壁釘扎的作用增強;晶界相從鐵磁性向非磁性轉(zhuǎn)變等。研究還發(fā)現(xiàn),通過擴散處理之后磁體的耐腐蝕性也有了較大提高。這些性能的改善都歸功于ZnO作為“催化介質(zhì)”對磁體晶界相和界面顯微結(jié)構(gòu)的調(diào)控。此外,論文還詳細分析了不同晶界相結(jié)構(gòu)和分布對于燒結(jié)NdFeB磁體矯頑力的影響機理。該系列工作為拓展晶界擴散體系,開發(fā)不含重稀土、高矯頑力NdFeB永磁材料的新型制備工藝有著重要的指導意義。
[Abstract]:In order to improve the properties of sintered NdFeB permanent magnetic materials , the properties of sintered NdFeB permanent magnetic materials have been improved by means of high performance and low cost . In this paper , the effect of rare earth element or compound on the magnetic properties is studied . The results show that the solid diffusion treatment of the grain boundary of heavy rare earth oxide can obviously improve the coercive force of the magnets and the residual magnetism remains the same . The results show that the diffusion of the rare earth oxide mgo into the grain boundary phase is beneficial to improve the wettability of the grain boundary phase . In addition , the effect of grain boundary phase structure and distribution on the coercivity of sintered NdFeB magnet is discussed in detail . It is also found that the effect of different grain boundary phase structure and distribution on the coercivity of sintered NdFeB magnet is attributed to the improvement of the structure and distribution of grain boundary phase .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM273

【參考文獻】

相關期刊論文 前1條

1 朱心昆,林秋實,陳鐵力,程抱昌,曹建春;機械合金化的研究及進展[J];粉末冶金技術;1999年04期

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1 蘇昆朋;軟磁和硬磁納米粉末及納米復合NdFeB永磁材料的制備和性能研究[D];華南理工大學;2011年

2 侯育花;尖晶石型鈷鐵氧體及磁鉛石型鍶鐵氧體的第一性原理研究[D];華南理工大學;2011年

3 徐芳;晶界結(jié)構(gòu)和晶界化學對NdFeB材料矯頑力的影響[D];上海交通大學;2011年

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本文編號：1539578