α-Fe/NdFeB纳米晶双相复合永磁合金的研究

摘要

纳米晶双相复合永磁合金是近年来出现的一种引人注目的新型永磁合金。它是由软磁相和硬磁相在纳米尺度下复合而成的，兼具备高剩磁和高矫顽力的双相复合磁体。理论计算表明，这类磁体具有卓越的磁性能。目前人们已经采用熔体快淬、机械合金化、HDDR等方法制备了此类磁体，但所获得的磁性能与理论值相差很大。究其原因，主要是因为对材料的显微结构控制不好。针对这一点，本文以Nd-Fe-M-Co-B(M=Nb、Cu、Dy、Ga)为研究体系，采用单辊熔体快淬法制备非晶／纳米晶、双相纳米晶快淬带。采用：DTA、XRD、VSM等分析手段，初步探讨了合金元素、快淬工艺和晶化工艺对非晶形成能力、合金显微组织及磁性能的影响。 随辊速的增加，合金的冷却速度增大。通过研究单辊薄带凝固过程中的传热特点和凝固规律，以期建立起单辊熔体快淬Nd-Fe-B系非晶合金的凝固过程的宏观传热模型和凝固组织形成的生长模型，将冷却辊、Nd-Fe-B系合金带和真空室作为一个整体热交换系统考虑，并在样品带的厚度方向上选取节点，建立传热模型以及各项热物理参数与温度的函数关系，并采用一维傅立叶导热偏微分的差分形式进行模拟计算，把薄带不同厚度处的冷却速度与工艺参数间的关系通过数学模型直接联系起来，探索Nd-Fe-B系合金的凝固规律以及冷却速度的模拟预测，确定合理的喷嘴直径。研究合金的晶化动力学。 合金快淬态结晶度显著影响其晶化后晶粒的大小和均匀性。研究不同辊速对合金快淬态组织的影响。分析了Nd<,8>Fe<,82>CO<,3>Nb<,l>B<,6>快淬态合金的晶化动力学，为下面的晶化工艺的确定提供了理论依据。以25m／s辊速快淬的Nd<,8>Fe<,83>-X-y CO<,3>Nb<,x>Cu<,y>B<,6>(x=0，1；y===O，1)合金，当x=O时，快淬态薄带由软磁性α-Fe晶粒和硬磁性Nd<,2>Fe<,l4>B纳米晶粒组成；而当x=1时，快淬态薄带由非晶和部分微晶组成。说明随Nb元素的加入，合金的非晶形成能力明显增强。以25m／s快淬的Nd<,8>Fe<,82>Co<,3>Nb<,1>B<,6>合金薄带，结晶度为30％，文献指出，此时新相的形核率较高，可获得细小的显微组织，合金具有较佳的综合磁性能。晶化温度也直接决定磁体的磁性能。在669℃下退火30min，磁性相析出充分，晶粒细小，磁体综合磁性能较佳。温度过低，磁性相析出不完全；温度过高，磁性相析出充分，但晶粒进一步长大，这两种情况都对磁性能不利。此外，Nb元素的加入阻碍软、硬磁相晶粒的长大，细化晶粒，改善其微结构，增强了软硬磁相问的交换耦合作用，从而提高了Nd<,8>Fe<,82>CO<,3>Nb<,1>B<,6>合金的磁性能。Cu为α-Fe软磁相的提供形核的位置，从而细化晶粒。 采用CMS法以20m／s的辊速可直接制Nd<,8>Dy<,1>Fe<,81>Ga<,1>CO<,3>B<,6>纳米晶双相复合永磁体。当处于20m／s的淬速时，可以获得适当的过冷度，软、硬磁晶体相直接从液相析出，α-Fe具有高形核率低生长率的特点，因此其粒子细小。随Dy和Ga元素的复合添加，虽然Dy不利于软磁相晶粒尺寸的减小，但由于Ga可以提高α-Fe相的形成温度抑制软磁相的晶化，从而可以抵消掉Dy添加带来的不理影响，使软、硬磁性相充分析出的同时有效地抑制软、硬磁相晶粒长大。Dy和Ga元素的复合添加，除了具有单一添加Dy或Ga的作用外，最重要的一点是，在使软、硬磁性相充分析出的同时，有效地抑制软、硬磁相晶粒长大，并使其分布均匀，从而有效地增强了软、硬磁相问的铁磁交换耦合作用，最终更有效地提高了合金的综合磁性能。

目录

文摘

英文文摘

创性声明及关于学位论文使用授权说明

第一章 文献综述

第二章 实验原理及方法

第三章 合金组织结构分析

第四章 NdFeCoNbB系快淬薄带的纳米晶化研究

第五章 合金的磁性能分析

结论

参考文献

致谢

攻读学位期间主要的研究成果