不同合金晶界扩散对烧结NdFeB永磁显微结构及性能的影响

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烧结NdFeB磁体广泛应用于国民经济的各个领域。5G通信技术、新能源汽车、风力发电等行业的快速发展,对NdFeB的矫顽力及其他方面的性能提出了更高的要求。在改善NdFeB磁体综合性能的同时,降低磁体成本也是目前主要的研究目标。晶界扩散技术通过将含稀土的单质或化合物以及共晶合金添加到主相的晶界,在主相周围形成稀土的硬磁壳层或者改善晶界相的分布,来提高磁体的矫顽力,同时减少稀土元素,特别是重稀土元素的含量。针对晶界扩散技术,目前工业上常用的扩散剂是重稀土Dy/Tb的单质或化合物。本论文以实现烧结NdFeB磁体晶界扩散技术的低成本和高性能为目标,使用不同类型合金作为晶界扩散剂,通过扩散工艺研究,提高了磁体的矫顽力。通过分析扩散前后磁体的显微组织和不同元素的扩散动力学,研究磁体矫顽力提升的物理机制。此外,还研究了晶界扩散对磁体的耐蚀性及力学性能等应用特性的影响。论文主要研究内容及结果如下:首先,使用不含重稀土的低熔点Pr-Al-Cu合金进行晶界扩散,在800℃?2 h-500℃?3h的热处理下,磁体的矫顽力从1000 kA/m提高到1714 kA/m。扩散后磁体的显微组织显示,主相周围形成了(Nd,Pr)-Fe-B相,晶界相的分布也得到了优化,共同促进了矫顽力的提高。扩散动力学的研究结果显示,Pr、Al、Cu三种元素中Pr在晶界中扩散最快。相比于原始磁体,晶界扩散后磁体的耐蚀性有所下降,显微硬度及抗压强度均有提高。其次,使用低成本的高丰量稀土(LaxCe1-x)-Al-Cu合金进行晶界扩散,在600℃?1 h-500℃?1 h热处理下,成功将磁体矫顽力从990 kA/m提高到1030 kA/m。显微组织及相的研究发现,La和Ce在晶界中有不同的表现行为,Ce能增加晶界的润湿性,但同时生成的REFe2相恶化磁性能,La能减少REFe2相的生成,但容易氧化并且分解出?-Fe相,弱化磁性能,不同La和Ce含量合金的扩散对矫顽力的影响是以上两种因素相互作用平衡的结果。扩散动力学的研究中发现,Ce在晶界中的扩散要稍快于La。扩散后磁体的腐蚀电位有所降低,显微硬度及抗压强度有所增加。最后,使用不含稀土的Al-Cu合金进行晶界扩散,在800℃?2 h-500℃?3 h热处理下,矫顽力从1000 kA/m提高至1125 kA/m。显微组织及相的研究发现,扩散进入晶界中的Al、Cu元素与晶界相反应形成的fcc-Nd2O3相减少了反磁化畴的形核,同时优化了晶界相的分布,促进了矫顽力的提高。研究发现,经过Al-Cu合金扩散后磁体的耐蚀性有所提高,显微硬度和抗压强度也得到了提高。基于以上研究结果,本论文使用不同的低成本扩散剂进行晶界扩散,均成功实现了磁体矫顽力的提高,并通过实验和理论分析解释了扩散过程对矫顽力的影响。研究结果对于实现烧结NdFeB磁体的低成本、高性能化具有较重要的指导意义。
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