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烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能、温度稳定性以及冲击韧性研究

胡志华  
【摘要】:烧结Nd-Fe-B磁体由于其优异的磁性能在我们今天的生活中担任了极其重要的角色。特别是在马达的应用方面,不仅需要高稳定性的高磁能积磁体,而且还要求烧结磁体低成本。因此,为了更进一步发展新的应用和降低成本,改变磁体的成分以及控制磁体的微观结构和烧结行为具有重要的实际意义。烧结Nd-Fe-B永磁材料是一种脆性材料。其力学性能差,机械加工困难,使得烧结Nd-Fe-B磁体的成本提高,严重制约了其应用范围的进一步扩大。 本文系统地研究了元素掺杂效应和热处理工艺对烧结Nd-Fe-B磁体的磁性能、温度稳定性以及冲击韧性的影响。利用磁滞回线测量仪和扫描电镜(SEM)对磁体的磁性能和微观结构进行了分析;通过测量磁体的冲击韧性,结合磁体的微观结构和断口形貌分析了影响磁体强韧化的因素;利用断裂力学以及烧结Nd-Fe-B磁体反磁化机制探索磁体的磁性能、冲击韧性与材料的微观结构之间的关系;最终制备出了具有较高冲击韧性的超高矫顽力Nd-Fe-B磁体。从中得出的结论如下: (1)适量Nb的添加有助于提高烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力、改善其方形度和温度稳定性,对磁体的剩磁和最大磁能积的影响较小;并且添加Nb的原子百分含量与磁体的磁性能呈现出很强的规律性。适量Nb的添加能够大大提高烧结Nd-Fe-B磁体的冲击韧性;但是对于添加了5at%Co的磁体,对其冲击韧性的提高并不明显。然而对于不含Co和含Co这两类磁体来说,Nb的添加对其冲击韧性影响的趋势基本上是相同的。 (2)重稀土元素(Dy、Tb)的添加极大地增加了烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力;然而也降低了磁体的剩磁和最大磁能积。Tb添加在烧结Nd-Fe-B磁体中,首先与富Nd相结合,然后再进入主相。添加Dy、Tb(?)能够改善烧结Nd-Fe-B磁体的冲击韧性;特别是大量Dy的添加能够显著提高烧结Nd-Fe-B磁体的冲击韧性。添加一定量Dy后磁体的冲击韧性提高的幅度达到53%。 (3)回火处理对不同B含量的烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力的影响是不同的。当B含量为6at%和8at%时,回火能够极大地提高磁体的矫顽力;当B含量为7at%时,回火对磁体矫顽力的影响不大。回火处理能够极大地提高添加Nb后的烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力,而对其最大磁能积的影响不大。对于超高矫顽力Nd-Fe-B磁体,添加Nb而不使磁体的磁性能恶化,其添加量的范围较窄。当Nb含量为1.0at%时,超高矫顽力Nd-Fe-B磁体在513K时的矫顽力达到最高,其值为671.9kA/m。回火处理对不同B含量的烧结Nd-Fe-B磁体冲击韧性影响的趋势不同。然而,对不同Nb含量的磁体冲击韧性的影响趋势相同;回火处理使得磁体的冲击韧性增加,并且增加的幅度几乎相同。 (4)Co的添加降低了烧结Nd-Fe-B磁体的剩磁温度系数,增加了烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力温度系数。微观结构的变化是烧结Nd-Fe-B磁体的矫顽力温度系数随Co含量的增加而降低的主要因素。添加一定量的Co元素有助于降低烧结Nd-Fe-B磁体的总磁通损失、可逆磁通损失、可逆磁通平均温度系数以及不可逆磁通损失,从而改善烧结Nd-Fe-B磁体的温度稳定性。当添加Co的含量为7.5at%时,烧结Nd-Fe-B磁体的总磁通损失、可逆磁通损失、可逆磁通平均温度系数以及不可逆磁通损失的综合性能达到最佳。Co的添加使得烧结Nd-Fe-B磁体的冲击韧性先减小后增加。当添加Co的含量为7.5at%时,磁体抗冲击的能力最差。 (5)研究了采用先进生产工艺制备出的两种不同成分的超高矫顽力Nd-Fe-B磁体的温度稳定性,并把这两种磁体的冲击韧性与采用传统工艺制备出的超高矫顽力Nd-Fe-B磁体以及普通Sm2Co17型磁体作了对比。研究结果表明:两种超高矫顽力Nd-Fe-B磁体的矫顽力温度系数和剩磁温度系数都非常小;其冲击韧性高于普通Sm2Co17型磁体,但是明显低于采用传统工艺制备出的超高矫顽力Nd-Fe-B磁体。


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