高抗蚀性烧结钕铁硼制备与性能研究

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烧结钕铁硼是应用最广泛的稀土永磁材料,具有磁性能高、膨胀系数低和价格低等优点,成为现代社会和高新技术的重要基础材料。但由于晶界相和主相之间的电极电位差大,易发生晶间腐蚀,磁体耐蚀性差,严重限制其在重要领域的应用。本文基于双合金工艺,设计、制备了(Pr,Nd)-Fe-Cu和A1-Cu高腐蚀电位辅合金,通过优化辅合金含量,改善了晶界相组织和理化特性,抑制和消弱了晶界相与主相间的电化学反应,成功研制出兼具高抗蚀性和高磁性能的钕铁硼磁体。主要结果如下:基于热力学分析、合金腐蚀理论和Nd-Fe-Cu相图,设计制备了(Pr,Nd)32.5Fe62.0-Cu5.5、(Pr,Nd)22.0Fe71.6Cu6.4、(Pr,Nd)12.0Fe80.8Cu7.2高电位辅合金。辅合金的组成元素不向(Pr,Nd)2Fe14B主相中扩散,有利于制备高磁性的磁体;辅合金的腐蚀电位高(--0.8 V),有利于降低晶界相与主相之间的电位差,降低晶界腐蚀动力;辅合金熔点低(~506℃),有利于磁体液相烧结。利用高电位(Pr,Nd)-Fe-Cu辅合金粉,成功制备出兼具高抗蚀性和高磁性能的烧结钕铁硼磁体,研究揭示了磁体在不同环境中的抗蚀机理。磁体的最大磁能积为356.0-384.0 kJ/m3(45-48 MGOe),在120℃、2 atm、100%相对湿度环境中腐蚀96 h的质量损失为0.3-1.0 mg/cm2,在0.005 M H2SO4溶液中腐蚀电流密度可降至148.9μA/cm2。添加12 wt%(Pr,Nd)32.5Fe62.oCu5.5的替代磁体在0.005 MH2SO4、0.6 M NaCl、0.75 M NaOH溶液和湿热环境中,比非替代磁体((Pr,Nd)14.5-Fe79.5B6.o)的抗蚀性好,前者腐蚀96h的质量损失约为后者的1/16,其原因在于前者中的(Pr,Nd)6Fe13Cu晶界相与(Pr,Nd)2Fe14B主相的腐蚀电位(~0.7 V)接近,这降低了晶界相与主相之间的电位差,降低了晶界相发生电化学腐蚀的动力,也降低了晶界相与水发生氧化腐蚀的动力。磁体的最大磁能积随辅合金添加量的增加先增大后减小,(Pr,Nd)32.5(Pr,Nd)22.oFe71.6Cu6.4、(Pr,Nd)12.oFe80.8Cu7.2添加量分别为3 wt%、3 wt%和2 wt%时,磁能积达到最大值,分别为384.0、368.5、365.4 kJ/m3。研究揭示了A1-Cu辅合金粉对烧结钕铁硼磁体显微组织、抗蚀性和磁性的作用机理。掺Al100-xCux(X=15,25,35,45 at.%)改善了(Pr,Nd)14.8Fe78.7B6.5的晶界相分布状况和化学稳定性,提高了磁体抗蚀性,磁体在120℃、2 atm、100%相对湿度环境中腐蚀96 h的质量损失从114.9 mg/cm2降为4.2 mg/cm2;同时也提高了磁性能,磁体的矫顽力从920 kA/m增加为1201 kA/m。磁体晶界显微组织与Cu/Al分布及合金化行为密切相关,增加Al-Cu添加量或其Cu含量,促进(Pr,Nd)Cu(除CuAl2之外)低熔点相析出,影响了晶界组织的演化特点,使磁体的最佳回火温度从550℃降至480℃。回火时(Pr,Nd)-Cu或Al-Cu液相能够改善富(Pr,Nd)晶界相的形态和分布状况,增强其去磁耦合作用,提高了矫顽力,改善了退磁曲线方形度,提高了磁体的磁能积。
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