HDDR法制備NdFeB各向異性磁粉及納米復(fù)合永磁體的研究.pdf

1、本實(shí)驗(yàn)通過HDDR(Hydrogenation-Disproportionation-Desorption-Recombination)法和快淬法分別成功制備了性能優(yōu)異的各向異性NdFeB磁粉和Nd2Fe14B/α-Fe型及Fe3B/Nd2Fe14B型雙相納米晶復(fù)合磁體。通過磁性測(cè)量儀、X射線衍射儀分析(XRD)、高場(chǎng)脈沖磁強(qiáng)計(jì)、差熱分析(DTA)等技術(shù)和手段系統(tǒng)地研究了制備工藝和添加合金元素對(duì)磁體結(jié)構(gòu)以及性能的影響。 HDDR

2、法制備各向異性NdFeB磁粉的研究表明：均勻化處理可以部分消除有害α-Fe相并提高合金磁性能。研究發(fā)現(xiàn)，隨氫氣壓力的增大，合金的磁性能增強(qiáng)，氫壓增大到一定程度后，磁性能增強(qiáng)不顯著。Nd2(Fe,Co)i4B化合物與氫氣的歧化行為同時(shí)受到了熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)因素的影響，通過熱力學(xué)計(jì)算，動(dòng)力學(xué)分析和實(shí)驗(yàn)得出，只有在一定溫度范圍內(nèi)和高于某一臨界氫壓時(shí)，氫致歧化反應(yīng)才能進(jìn)行，在臨界溫度范圍外，合金以Nd2(Fe,Co)14BHx的形式存在，在臨界溫

3、度范圍內(nèi)，合金以歧化產(chǎn)物α-(Fe,Co)、NdH2、(Fe,Co)2B的形式存在；NdFeB合金最終磁各向異性及磁性能取決于HD處理溫度和時(shí)間、DR處理溫度和時(shí)間；首先發(fā)現(xiàn)，低真空處理及脫氫分壓是影響合金磁性能的關(guān)鍵因素，提出在HD處理及高真空脫氫處理之間加上低真空脫氫處理后，可制備出高性能各向異性HDDRNdFeB磁粉，其中，低真空處理時(shí)間以25min為宜，而脫氫分壓應(yīng)控制在0.2×105Pa左右。 合金元素Co、Ga、Al

4、等的適量添加對(duì)于NdFeB合金的磁各向異性及磁性能有著重要的作用。歧化階段，Ga的添加可以提高合金的最佳歧化溫度，改變材料歧化分解的特征；再復(fù)合階段，Ga可抑制晶粒的長大，細(xì)化晶粒。同時(shí)，Ga的加入可提高合金磁性能及磁各向異性；Co元素的添加可提高合金磁性能及磁各向異性；Al元素的添加可以改善合金的綜合磁性能。研究發(fā)現(xiàn)，復(fù)合添加Co、Zr和Ga合金元素并采用短時(shí)間、高真空脫氫再化合是制備高性能磁體的理想工藝，利用該工藝制備出了具有國際先

5、進(jìn)水平的高各向異性、高性能NdFeB磁粉，其性能達(dá)到：Br=1.18T，jHc=813kA/m，(BH)max=243.7kJ/m3，DOA=0.563。 HDDR相變晶粒細(xì)化作用機(jī)理的研究表明，氫氣壓力的降低及再復(fù)合溫度的升高會(huì)增大歧化產(chǎn)物再復(fù)合的驅(qū)動(dòng)力，從而提高新相的形核率，但氫氣壓力的降低對(duì)晶粒長大速度沒有明顯的影響。HDDR工藝在再復(fù)合溫度一定時(shí)，降低氫壓，可實(shí)現(xiàn)晶粒的細(xì)化。 在納米復(fù)合磁體研究中發(fā)現(xiàn)，利用單輥熔

6、體快淬工藝，合理的冷卻輥速，適當(dāng)?shù)木Щ幚頃r(shí)間和溫度，可以得到具有較好的微觀結(jié)構(gòu)、磁性能較高的納米復(fù)合磁體。 在研究Nd2Fe14B/α-Fe型納米復(fù)合磁體時(shí)發(fā)現(xiàn)，完全非晶態(tài)的NdDyFeBGa(E系列)合金DTA曲線上有兩個(gè)放熱峰，第一個(gè)放熱峰出現(xiàn)在568～578℃范圍內(nèi)，第二個(gè)放熱峰出現(xiàn)在650℃附近，其晶化過程為：E1合金：Am→Am′+α-Fe+Nd2Fe14B+Nd2Fe23B3→α-Fe+Nd2Fe14B，E2合金：

7、Am→Am′+α-Fe+Nd2Fe14B+Fe23B6→α-Fe+Nd2Fe14B，E3合金：Am→Am′+α-Fe+Nd2Fe14B+Nd2Fe23B3→α-Fe+Nd2Fe14B+Fe3B；完全非晶態(tài)的NdFeCoNbB(F系列)合金具有兩個(gè)放熱峰，隨Nb含量的增多，第一個(gè)放熱峰的峰值溫度不變，第二個(gè)放熱峰峰值溫度升高。XRD衍射結(jié)果表明，F(xiàn)2非晶合金相變過程為： F2合金：Am→Am'+α-Fe+Nd2Fe14B+Fe20

8、Nd3B2→Nd2Fe14B+α-Fe輥速對(duì)于合金的磁性能及結(jié)構(gòu)有較大的影響，含部分非晶的快淬條屑經(jīng)晶化處理后，其磁性能優(yōu)于完全非晶快淬條屑經(jīng)晶化處理后的磁性能。這主要是由于隨快淬輥速的增加，晶化后軟、硬磁性相晶粒尺寸增加造成的；Ga元素的添加可有效抑制軟、硬磁性相晶粒的長大，提高合金的磁性能；適量Nb元素的加入可使納米復(fù)合永磁體晶粒細(xì)化及磁性能提高，添加0.5at％Nb為最佳；Dy的加入可以提高合金的內(nèi)稟矯頑力，但卻會(huì)損害合金的剩余磁

9、感應(yīng)強(qiáng)度及最大磁能積；輥速25m/sE3合金晶化處理后磁性能達(dá)到：Br=0.897T；jHc=409kA/m；(BH)max=80.7kJ/m3；輥速40m/sF2合金晶化處理后磁性能達(dá)到：Br=0.964T，jHc=381kA/m，(BH)max=82.8kJ/m3。 在Fe3B/Nd2Fe14B型納米復(fù)合磁體研究中發(fā)現(xiàn)，B含量高，容易形成非晶，對(duì)于H系列合金，輥速15m/s可形成完全非晶；對(duì)于Ⅰ系列合金，輥速20m/s可形成

10、完全非晶。通過DTA和XRD分析發(fā)現(xiàn)，H2合金、I1合金及I2合金相變過程分別為： H2合金：Am→Fe3B+Nd2Fe14B+α-FeI1合金：Am→Fe3B+Nd2Fe14B+α-FeI2合金：Am→Am'+Fe3B+Nd2Fe23B3+Nd2Fe14B+α-Fe→Fe3B+Nd2Fe14B+α-FeNb元素的添加可穩(wěn)定非晶相，阻礙Fe3B、α-Fe和Nd2Fe14B三相的析出；適量Nb元素的添加可以提高合金的磁性能；Cr元