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纳米晶复合永磁材料是近年发展起来的一类新型永磁材料,它由软、硬磁性相在纳米尺度范围内复合而成,通过软硬磁相之间的交换耦合作用,显示出单一铁磁性相的磁化与反磁化特征,具有剩磁增强效应。其磁能积理论预计可高达1MJ/m<3>,高于任何一种单相永磁材料;这类材料还具有稀土含量低、化学稳定性好、价格低廉的特点,具有很高的实用价值和良好的应用前景,有可能发展成为新一代粘结永磁材料。
但是软硬磁相之间的交换耦合作用属于短程作用,因而要获得高的磁性能就必须控制两相的晶粒尺寸,这就要求从成分优化、工艺改进等方面入手,不断改善其微结构,从而进一步提高磁性能。
本论文考虑到低钕含量(Nd4.5at[%])的纳米复合永磁材料磁性能虽低于高钕含量的永磁材料,但其具有高剩磁、低成本的特点,并可应用在许多要求不高的领域,所以本项研究有一定的意义。
首先,对 Nd 含量为4.5at%的双相纳米复合永磁材料Nd<,4.5>Fe<,74.5>+xB<,21-X>(x=O;1;2;3;4)的基本组元B元素的最佳含量值进行了研究。结果表明:B元素含量为20at[%]时,磁性能达到最大值。
其次,通过添加稀土元素Tb,制备了<,4.5>Fe<,74.5>+xB<,21-X>(x=0.25;0.5;0.75;1;1.25)样品,研究了Tb含量的变化所导致磁性能的改变,发现Tb含量为1at[%]时,磁性能达到了最大值;同理研究了稀土元素Dy的添加对纳米复合永磁材料磁性能的影响,也找到了此类材料中Dy的最佳掺杂量。同时将这两种添加元素进行了效果对比,得出了Tb掺杂优于Dy掺杂。接着制备了低钕的Nd<,4.5>Fe<,71.5>CO<,3>Nb<,1>B<,20>和Nd<,4.5>Fe<,71.5>CO<,3>Cu<,l>B<,20>两种磁性材料,在各种工艺参数相同的情况下,对比研究了过渡族元素Nb的掺杂效果与过渡族元素Cu的掺杂效果,发现添加元素Nb的材料磁性能明显好于添加Cu元素的材料。
然后又制备Nd<,3.5>Tb<,l>Fe<,75.5>B<,20>Nd<,3.5>Tb<,1>Fe<,77.5>B<,18>两种样品,对比了二者磁性能后发现,Nd<,3.5>Tb<,1>Fe<,75.5>B<,20>的剩磁增强应更显著,验证了B元素在硬磁性四方相形成中的关键作用。
最后,在喷射压力、喷嘴口径和喷嘴辊面的距离都不变的条件下,研究了甩带速度变化对Nd<,3.5>TblFe<,75.5>B<,20>和Nd<,4.5>Fe<,75.5>B<,20>磁性能的影响,并探讨了退火温度和退火时间对这两种材料的显微结构的影响,最终制得了永磁性能较高的磁粉。随后将此磁粉和适量环氧树脂混合通过压制成型制备出了磁粉颗大小不同的两种粘结磁体,测试了其密度和退磁曲线,所得最佳结果为:当低钕粘结磁体密度为4.92×10<3>kg/m<3>时,磁体剩磁B<,r>=1.58T,矫顽力H<,c>=37.98KA/m,最大磁能积(BH)<,max>=69.23lkj/m<,3>。这些参数表明该磁体己有实用价值。