表层磁硬化结构对烧结Nd-Fe-B磁体性能的影响研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院宁波材料技术与工程研究所) | 被引量 : 0次 | 上传用户:yesyouok
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近年来随着全球节能环保的大力推广,风力发电等新能源领域发展迅猛,迫切需要兼具高温度稳定性高性能的烧结Nd–Fe–B磁体。然而,以现有技术所制备的磁体无法满足高温环境的应用需求。针对这一问题,目前常用的解决方法是通过晶界扩散添加重稀土元素,提升磁体的室温矫顽力,以获得较高的高温矫顽力值。为了提升烧结Nd–Fe–B的磁体性能,本文采用溶液包覆法和电泳沉积法进一步探索晶界扩散工艺。溶液包覆法将重稀土化合物粉末均匀包裹在磁粉颗粒表面,经烧结和回火热处理,获得了宏观的表层磁硬化结构,突破了常规扩散的磁体厚度限制;利用电泳沉积法,在磁体表面均匀涂覆低成本低熔点合金重稀土粉末,扩散过程中,低熔点金属降低了晶界相熔点,增大了元素在晶界相的扩散系数,辅助重稀土元素沿晶界扩散到磁体内部,实现了微观的表层磁硬化。通过调控重稀土元素Dy与Tb在磁体晶界处的分布,改善了晶界相成分,优化了磁体微观结构。系统研究了从晶粒表层到内部,重稀土元素浓度的梯度分布对烧结Nd–Fe–B磁体性能的影响。表层磁硬化结构的研究对制备高性能高温度稳定性磁体具有重要的指导意义。主要研究成果如下:1.采用溶液包覆法,将重稀土有机化合物异丙醇镝与无水乙醇混合,超声分散形成重稀土有机悬浮液,与磁粉混合均匀,使重稀土元素均匀包覆在烧结Nd–Fe–B磁粉颗粒表面,突破了扩散磁体的厚度限制。通过控制重稀土元素Dy的添加量和烧结温度等工艺参数,获得最佳磁体的综合性能。EDS结果显示,Dy的浓度在晶界处要高于晶粒内部,由此晶粒表层形成表层磁硬化结构。溶液包覆磁体的磁通损失及剩磁温度系数和矫顽力温度系数降低,磁体的温度稳定性增强。溶液包覆法不仅有效突破扩散仅适用于薄片磁体的限制,还为开发高矫顽力Nd–Fe–B磁体提供指导。2.利用电泳沉积技术,在磁体表面制备均匀、厚度可控的重稀土合金涂层,确定了电泳沉积晶界扩散Tb85Fe15、Tb85Cu15合金粉末的最佳扩散温度及扩散时间。通过优化工艺参数,磁体的矫顽力从14 kOe提高到22 kOe,提升幅度高达8.0 kOe。XRD分析说明Tb部分取代了Nd进入主相,进一步的微观结构分析结果表明,晶粒表层出现(Nd,Tb)2Fe14B壳层结构。相同工艺条件下,相较于Tb85Fe15,Tb85Cu15在表层晶粒形成的壳层结构更厚,壳层中Tb的含量更高,且扩散更加深入,晶界相更加连续。分析微观结构中壳层的厚度和Tb的浓度及分布随到磁体表面距离的变化,阐明了磁体矫顽力增强机制;对扩散磁体进行使役性能研究,结果表明相同温度下,扩散磁体的磁通损失均远低于原始磁体。原始磁体在80℃时的不可逆磁通损失hirr已超过3%,而扩散磁体在150℃时仍能满足使用需求,温度稳定性得到大幅提高。利用电泳沉积使Tb在晶界及晶粒表层集中分布,不仅能够显著提高磁体的矫顽力,还能极大提升磁体的高温使役性能。这对制备低重稀土高温度稳定性的高性能烧结Nd–Fe–B磁体具有重要的指导意义。
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