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（Fe,Co）-RE-B-M（M=Cu,Nb）永磁材料结构的研究

作　者: 范冬冬
导　师: 李福山
学　校: 郑州大学
专　业: 材料学
关键词: 纳米晶硬磁相软磁相交换耦合磁能积
分类号: TM273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

纳米双相Nd-Fe-B复合永磁材料以其优异的性能和较低的生产成本引发了广泛的关注,如何制备出低稀土含量且性能优异的纳米双相永磁材料成为研究的热点之一。针对纳米双相复合永磁材料研究工作中晶粒尺寸不能很好的满足交换耦合作用条件的问题,本文主要通过电弧熔炼、熔体快淬、真空晶化热处理制备出纳米双相复合Nd-Fe-B永磁材料,并利用XRD、DSC、VSM等方法研究晶化工艺和合金成分对纳米双相复合Nd-Fe-B永磁材料的微观结构和性能影响。围绕这一课题主要进行了以下工作：本文分别研究了添加Cu和Nb元素对富B型纳米晶双相Nd-Fe-B复合永磁材料磁性能的影响,以及不同的晶化工艺和制备工艺对纳米晶双相RE-Fe-B复合永磁材料磁性能的影响。(1)使用真空熔炼炉制备母合金,采用线速度为25m/s铜轮旋淬法制备出设计的合金成分的薄带,并对薄带做XRD和DSC检测,结果表明：制备出的条带均为非晶态合金。再根据DSC结果确定出晶化热处理工艺。对晶化后的条带做XRD检测,以及对晶化处理过的磁粉做VSM检测。(2)根据Fe-Co-Nd-Dy-B-Cu-Nb合金系的五个成分合金的DSC曲线可知：该合金系具有较大的过冷液相区,其中Fe67Co8.3Nd3Dyo.5B20Cuo.2Nb1的△Tx=51K,表明该合金具有很大的玻璃形成能力,有望制备出大块非晶。同时Cu元素的添加具有降低晶化温度的作用；而Cu、 Nb元素的复合添加提高了晶化温度。根据DSC的结果我们制定出在第一个晶化峰结束温度(Tend1)即615℃分别进行15分钟、20分钟、25分钟和30分钟晶化处理。然后根据实验的结果,又对合金Fe67Co9.5Nd3Dyy05B20Cu0.5在680℃晶化处理5-25分钟,并在晶化时间为5分钟时得到了最佳磁性能为(BH)m=48.392kJ/m3。(3)通过合金的XRD和VSM结果来讨论不同的晶化时间对永磁材料结构和性能的影响,结果表明：随着晶化时间的延长,软磁相a-Fe和硬磁相Nd2Fe14B的析出量和晶粒尺寸都增大,当晶粒过分长大时就降低了软、硬磁相间的交换耦合作用,导致合金磁性能的降低。该合金系的晶化过程中存在最佳晶化时间。(4)通过改变快淬速度可以影响合金的结构和性能。(5)当Cu元素部分的替代Fe67Co9.5Nd3Dyo.5B20合金中的Co时,随着Cu元素的含量的增加,合金的性能越好。当Cu的含量为0.5at%时,晶化热处理时间为20分钟时,合金具有最佳磁性能：Hc=200.36kA/m,Br=0.95085T,(BH) m=46.416kJ/m。这是由于Cu元素具有细化晶粒的作用,增强了软、硬磁相间的交换耦合作用,从而增大了合金的磁性能。(6)Cu和Nb部分替代Fe67Co9.5Nd3Dyo.5B20合金中的Co元素,Cu和Nb的复合添加使Fe-Co-Nd-Dy-B-Cu-Nb系合金的磁性能出现了降低,这是由于Nb元素的添加提高了晶化温度,降低了晶化动力学作用,使合金中析出了中间相Nd2Fe23B3,使硬磁相Nd2Fe14B的析出量减少,进而减低了磁性能。但是Nb元素的添加增大了合金系的GFA。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-8
目录  8-11
1 绪论  11-27
  1.1 非晶态合金  11-14
    1.1.1 非晶态金属合金的发展历史及研究现状  11-14
    1.1.2 影响非晶态合金形成能力的因素  14
  1.2 非晶体合金的性能  14-15
  1.3 Fe基永磁材料  15-17
    1.3.1 Fe基永磁材料的发展历程  15-17
  1.4 永磁材料的磁参量  17-21
    1.4.1 稀土永磁材料磁性的产生机理  17-18
    1.4.2 永磁材料的技术磁参量  18-21
  1.5 磁粉的制备  21-23
  1.6 影响Nd-Fe-B永磁材料磁性能的因素  23-24
    1.6.1 添加元素对Nd-Fe-B永磁材料磁性能的影响  23-24
    1.6.2 磁粉粒度的影响  24
    1.6.3 含氧量的影响  24
    1.6.4 磁体的热稳定性  24
  1.7 本论文的主要研究内容以及技术路线  24-27
    1.7.1 研究内容  24-26
    1.7.2 技术路线  26-27
2 实验原理与实验方法  27-38
  2.1 样品的制备  27-31
    2.1.1 母合金的熔炼  27-28
    2.1.2 非晶条带的制备  28-31
  2.2 真空晶化工艺  31-32
    2.2.1 真空封管  31
    2.2.2 晶化处理  31-32
  2.3 结构检测-XRD分析  32-34
  2.4 热分析检测方法  34-35
  2.5 磁性能的测定  35-38
    2.5.1 磁性能测试原理  35-36
    2.5.2 磁滞回线  36-38
3 Fe-Co-Nd-Dy-B-Cu-Nb永磁材料的制备  38-44
  3.1 合金的制备  38-40
    3.1.1 合金化学成分的设计  38-39
    3.1.2 试样制备过程  39
    3.1.3 本课题实验设计的实验方案  39
    3.1.4 本课题实验所选用工艺参数  39-40
  3.2 结构分析  40-41
  3.3 热稳定分析  41-43
  3.4 晶化处理  43-44
4 Fe-Co-Nd-Dy-B-Cu-Nb永磁材料的晶化结构和磁性能  44-60
  4.1 晶化时间对合金结构及磁性能的影响  44-56
    4.1.1 Fe_(67)Co_(9.5)Nd_3Dy_(0.5)B_(20)的结构与磁性能  44-47
    4.1.2 Fe_(67)Co_(9.3)Nd_3Dy_(0.5)B_(20)Cu_(0.2)的结构与磁性能  47-49
    4.1.3 Fe_(67)Co_(8.3)Nd_3Dy_(0.5)B_(20)Cu_(0.2)Nb_1的结构与磁性能  49-52
    4.1.4 Fe_(67)Co_9Nd_3Dy_(0.5)B_(20)Cu_(0.5)的结构与磁性能  52-54
    4.1.5 Fe_(67)Co_8Nd_3Dy_(0.5)B_(20)Cu_(0.5)Nb_1的结构与磁性能  54-56
  4.2 晶化温度对合金磁性能的影响  56-57
  4.3 制备工艺对合金结构及磁性能的影响  57-58
  4.4 本章小结  58-60
5 Cu、Nb元素的添加对合金结构的影响  60-69
  5.1 Cu元素的添加对合金结构的影响  60-64
  5.2 Cu、Nb元素的复合添加对合金结构的影响  64-68
  5.3 本章小结  68-69
6 主要结论  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
个人简历及攻读学位期间发表的论文  74

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