Co、Ga掺杂对纳米复合Pr2Fe14B/α-Fe微结构和磁性能的优化研究

摘要

纳米复合稀土永磁材料是将具有高饱和磁化强度的软磁性相和具有高各向异性的硬磁性相的稀土金属化合物在纳米量级复合，通过相邻原子磁矩的交换耦合相互作用而形成的一类新型永磁材料。与传统永磁材料相比，纳米晶复合永磁材料稀土含量少，成本低，具有硬磁性相的高矫顽力和软磁性相的高饱和磁化强度，温度稳定性以及抗氧化性均有提高，有望成为新一代高性能稀土永磁材料。
　　 本文主要采用熔体快淬和晶化退火工艺制备Pr-Fe-B/α-Fe纳米复合永磁合金。采用振动样品磁强计(VSM)、X射线衍射分析(XRD)、原子力显微镜(AFM)、扫描电镜以及能谱分析(SEM&EDS)、透射电镜(TEM)等方法研究了快淬速度、微量元素添加、退火温度和时间对纳米合金材料的磁性能、相组成以及微结构的影响。
　　 首先，快淬速度对合金的相形成以及磁性能的影响显著，在最佳快淬速度下，样品的磁滞回线具有单相特征，当快淬速度高于或低于最佳淬速时，合金的磁滞回线具有双相铁磁性特征。1号合金在34m/s时有最佳磁性能，高于或低于34m/s的快淬速度对合金的磁性能都有一定的影响，其最佳磁性能为:Mr/Ms=0.749，(BH) max=56.56(kJ/m3), jHc=452(kA/m), Br=0.749(T)。
　　 其次，在Pr-Fe-B系纳米复合永磁合金中综合添加Co、Ga两种微量元素，能同时提高合金的剩余磁化强度、矫顽力和磁能积。与Pr-Fe-B原始合金相比，添加了Co、Ga合金的剩磁、矫顽力和磁能积分别提高了:13.1％、12％和31.8％。
　　 在非晶晶化处理Pr-Fe-B/α-Fe纳米复合永磁合金过程中，退火处理的时间和温度对材料的微结构和磁性能影响较大。晶化退火温度为680℃、退火时间为8min时，添加了Co、Ga的Pr-Fe-B系合金具有最佳磁性能，晶化退火温度过高和过低，晶化退火时间过长或过短都会破坏合金的最佳微结构，使合金的磁性能降低。
　　 通过对不同合金成分在不同快淬速度、不同时间和温度下退火处理所得材料的实验结果的比较分析，在添加了Co、Ga的Pr-Fe-B系合金在快淬速度为22m/s、退火温度为680℃、退火时间为8min的条件下得到了最佳磁性能，其剩磁、矫顽力和磁能积分别为:Br=0.836T(8260Gs)，jHc=526.3 kA/m(6600Oe)，(BH)max=75.45kJ/m3(9.55MGOe)

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摘要

第一章 绪论

1．1 稀土永磁材料的发展

1．1．1 SmCo5永磁材料

1．1．2 Sm2Co17永磁材料

1．1．3 Nd2Fe14B永磁材料

1．1．4 稀土铁系间隙化合物

1．2 纳米复合永磁材料的发展及其特点

1．3 纳米复合永磁材料的实验研究

1．3．1 制备工艺上的实验研究

1．3．2 合金成分上的实验研究

1．3．3 添加微量元素的实验研究

1．4 纳米复合永磁材料实验研究中存在的问题

1．5 本文的选题意义及研究内容

第二章 实验方法

2．1 实验流程

2．2 样品制备

2．2．1 母合金的制备

2．2．2 快淬薄带的制备

2．2．3 晶化退火处理

2．3 磁性能测量

2．4 显微组织结构的观察和分析

2．4．1 X射线衍射仪

2．4．2 原子力显微镜

2．4．3 扫描电子显微镜

2．4．4 透射电子显微镜

2．4．5 δm测量方法

第三章 添加微量元素与快淬速度对纳米复合永磁合金磁性能与微结构的影响

3．1 快淬速度对纳米复合永磁合金磁性能的影响

3．2 快淬速度对纳米复合永磁合金相成分与微结构的影响

3．3 添加微量元素对纳米复合永磁合金磁性能的影响

3．4 添加微量元素对纳米复合永磁合金相成分和微结构的影响

3．5 分析与总结

第四章 晶化热处理对纳米复合永磁合金磁性能与微结构的影响

4．1 晶化热处理对纳米复合永磁合金磁性能的影响

4．2 晶化热处理对纳米复合永磁合金相成分与微结构的影响

4．3 分析与总结

第五章 添加微量元素Nb对纳米复合永磁合金的影响

5．1 添加微量元素Nb对纳米复合永磁合金磁性能的影响

5．2 晶化热处理对添加微量元素Nb的纳米复合永磁合金磁性能的影响

5．3 晶化热处理对添加微量元素Nb的纳米复合永磁合金微结构的影响

5．4 总结

总结

参考文献

致谢

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