锆掺杂对Pr2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁体性能的影响

摘要

永磁材料对电子技术企业的发展进步至关重要。由于具有很高的理论磁能积(144MGOe)，纳米双相磁体成为研究热点之一。但近期实验研究结果发现实际所得样品材料的微结构与理论要求相差甚远，致使矫顽力和磁性能很低。通过添加微量元素来改善材料微结构是提高矫顽力的有效方法。
　　本文研究了在不同甩带速度下锆的掺杂对纳米复合永磁材料Pr2Fe14B/α-Fe磁性能的影响。使用了感应熔炼的方法在纯氩气氛围中制备了化学组分为Pr9.5Fe84-xB65-yZrxPy(x=0，1，2，3;y=0，0.1)的合金块体，然后通过甩带的方法在不同甩带速度（8，24和30m/s）下制备了不同厚度(40-66μm)的条带。研究发现，相比于没有锆掺杂的合金，1at.％的锆掺杂中将会极大地提高母合金Pr9.5Fe84B6.5的磁性。在掺杂1at.％的锆之后，磁能积从9kJm-3（缺锆合金）大幅提高到了80kJm-3（富锆合金），矫顽力也被大大地提升，从89kAm-1（缺锆合金）到886kAm-1（富锆合金），同时剩磁从0.51T提高到0.75T。使用粉末X射线衍射技术分析了条带的物相组成，在1at.％的锆掺杂之后，母合金中的锆抑制了软磁相的形成，同时显示有些硬磁样品中存在富锆相Fe3B(30m/s)。通过SEM技术分析了条带合金的微观结构，发现合金Pr9.5Fe84B6.5的表面形貌存在硬磁相织构，在30m/s制备的Zr掺杂合金的形貌具有均匀的微观结构，小的晶粒尺寸，并且不存在断裂，这是导致磁性增强的原因。3％的锆掺杂使得结晶性减弱，意味着过多的锆会导致材料从结晶态变为非晶态。在18m/s得到了最大的矫顽力是937kAm-1（3at.％的锆掺杂）。制备了0.1at.％的磷掺杂入母合金的条带，XRD结果显示随着磷的掺杂，条带的结晶性得到了提升。更进一步，制备了1-3at.％的锆掺杂进同样的合金Pr9.5Fe84B6.4P0.1，在18m/s快淬速度得到最大磁能积80kJm-3(3at.％Zr)，在30m/s得到最大矫顽力945kAm-1(2at.％Zr)，这是截止目前在此低稀土复合永磁材料中最高的矫顽力数值。SEM结果显示微观结构的均匀性是磁性增加的原因。

目录

声明

摘要

Abstract

Chapter 1．Introduction

1．1 History of Magnetism

1．2 Introduction to permanent magnets

1．3 Origin of Ferromagnetism

1．4 Magnetic Behavior

1．4．1 Diamagnetism

1．4．2 Paramagnetism

1．4．3 Ferromagnetism

1．4．4 Anti-ferromagnetism

1．4．5 Ferrimagnetism

1．5 Intrinsic Properties

1．5．1 Saturation Magnetization

1．5．2 Anisotropy

1．5．3 Magnetocrystalline anisotropy

1．5．4 Shape anisotropy

1．6 Magnetic domain

1．7 Hysteresis loop

1．7．1 Remanence

1．7．2 Coercivity

1．7．3 Maximum Energy Product

1．8 Coercivity mechanism

1．8．1 Nucleation

1．8．2 Domain wall pinning

1．9 Objective of the study

Chapter 2．Literature Review

2．1 Neodymium Iron Boron Magnet

2．2 Production of Nd-Fe-B

2．3 Melt Spinning Technique

2．4 Nd-Fe-B-Zr Alloy

2．5 Phosphorous doped melt spun ribbon

3．1 Material selection

3．2 Electric Arc Furnace

3．3 Melt Spinning Machine

3．4 Vibrating Sample Magnetometer(VSM)

3．5 X-Ray Diffraction(XRD)

3．5．1 Fundamental Principle of XRD

3．5．2 Instrumentation and specification

3．6 Scanning Electron Microscopy

3．7 Elemental Analysis by Energy Dispersive Spectroscopy(EDS)

Chapter 4．Results and Discussion

4．1．1 Pr9．5Fe84B6．5

4．1．2 Pr9．5Fe83B6．5Zr1

4．1．3 Pr9．5Fe82B6．5Zr2

4．1．4 Pr9．5Fe81B6．5Zr3

4．2 Magnetic properties of Pr9．5Fe84-xB6．4P0．1Zrx as-spun ribbon alloy

4．2．1 Pr9．5Fe84B6．4P0．1

4．2．2 Pr9．5Fe83B6．4P0．1Zr1

4．2．3 Pr9．5Fe82B6．4P0．1Zr2

4．2．4 Pr9．5Fe81B6．4P0．1Zr3

Conclusion

References

Acknowledgement