釹鐵硼晶界重構(gòu)與高抗蝕性磁體制備研究.pdf

1、Nd-Fe-B磁體因其優(yōu)異的磁性能被稱為“磁王”，是應(yīng)用最廣泛的稀土功能材料，已成為高新技術(shù)的關(guān)鍵基礎(chǔ)材料。但是，燒結(jié)Nd-Fe-B磁體的晶界富Nd相與硬磁性Nd2Fe14B主相的電位差巨大，導(dǎo)致磁體抗腐蝕性能極差，是目前該領(lǐng)域亟待解決的重要問題。本文針對這一組織結(jié)構(gòu)根源，基于晶界重構(gòu)思路，設(shè)計與合成了Nd64Co36、Nd65Ni35和Nd30Co65Cu5(Nd6Co13Cu)等系列高電位輔合金;采用雙合金工藝制備出晶界相電極電位與

2、主相相當(dāng)?shù)男麓朋w，有效降低兩相間電化學(xué)反應(yīng)的驅(qū)動力，顯著提高了磁體的本征抗蝕性。此外，采用Ta或Nb等高熔點金屬進(jìn)行晶界改性，可以抑制主相晶粒異常長大，進(jìn)一步提高磁體的磁性能，尤其是矯頑力。主要結(jié)果如下:
　　根據(jù)合金相圖與元素理化特性參數(shù)，設(shè)計并合成了Nd64Co36、Nd65Ni35和Nd6Co13Cu等與主相潤濕性良好的低熔點高電位輔合金，進(jìn)行釹鐵硼磁體晶界組織重構(gòu)。Nd64Co36、Nd65Ni35和Nd6Co13Cu重構(gòu)

3、晶界合金的熔點分別為566℃、540℃和605℃，低于富Nd相的熔化溫度655℃。在燒結(jié)過程中先于富Nd相熔化成液態(tài)，改善晶界相的流動性和與主相的潤濕性，提高了磁體的燒結(jié)密度。合金中的Co、Ni和Cu的標(biāo)準(zhǔn)電極電位分別是-0.277V、-0.250V和+0.337V，遠(yuǎn)高于Nd(-2.431V)和Fe（-0.440V），進(jìn)入晶界相后可提高電極電位。此外，Co、Ni、Cu在晶界處形成化學(xué)性質(zhì)更加穩(wěn)定的化合物，阻礙腐蝕沿晶界的擴(kuò)展。由于重構(gòu)

4、磁體主合金成分非常接近Nd2Fe14B正比相，磁體的總稀土用量可降至28.00wt％（僅比正比相高1.33wt％，遠(yuǎn)低于商業(yè)磁體30.5wt％的稀土含量），減少了磁體中富Nd相的體積分?jǐn)?shù)，有效提高燒結(jié)磁體的抗腐蝕性能，并節(jié)約了寶貴的稀土資源，大幅降低成本。通過燒結(jié)后續(xù)熱處理，重構(gòu)的晶界相沿主相晶粒光滑連續(xù)分布，消除相鄰鐵磁相晶粒間的磁耦合作用，提高磁體的磁性能，尤其是矯頑力。
　　基于雙合金工藝，利用上述三種高電位輔合金和近2∶1

5、4∶1正比相的主合金進(jìn)行晶界重構(gòu)，制備出系列高本征抗蝕性Nd-Fe-B燒結(jié)磁體。采用(Pr，Nd)12.97Fe80.58Ga0.19B6.26主合金添加0.5wt.％的Nd64Co36輔合金，重構(gòu)后的磁體綜合性能最佳，Br、Hcj和(BH)max分別達(dá)到13.99kGs、13.01kOe和47.93MGOe，總稀土含量僅為29.26wt.％，遠(yuǎn)低于磁性能相當(dāng)?shù)腘48商用磁體。且該磁體在不同腐蝕環(huán)境中都具有更好的本征抗蝕性，在3.5％N

6、aCl溶液中的腐蝕電位為-0.779 V，遠(yuǎn)高于-1.032V(N48);在120℃、2個大氣壓和100％相對濕度環(huán)境下96小時的失重量也從2.47mg/cm2下降到0.3mg/cm2;在0.1M硫酸溶液中1800秒的放氫量從62ml下降到35ml。采用Nd65Ni35輔合金進(jìn)行晶界重構(gòu)也能提高磁體的本征抗蝕性，其最佳添加量為2wt.％。在此基礎(chǔ)上，對稀土含量更低的(Pr，Nd)12.44Fe81.45B6.11磁體進(jìn)行Nd6Co13C

7、u三元合金晶界重構(gòu)。添加量為2wt％的重構(gòu)磁體稀土總量僅為28.46wt％，富Nd相體積分?jǐn)?shù)大幅降低。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)電極電位更高的Cu元素的引入，進(jìn)一步提高了晶界相的穩(wěn)定性。該磁體在3.5％NaCl溶液中的腐蝕電位提高到-0.705V，在濕熱環(huán)境下96小時的失重量進(jìn)一步降低至0.28mg/cm2;在0.1MH2S04溶液中浸蝕1800秒的放氫量也降低至18.52ml。同時，該磁體仍具有較高的磁性能，其Br、Hcj和(BH)max分別達(dá)到

8、14.03kGs、02.62kOe和48.55MGOe。
　　基于高熔點金屬Ta或Nb進(jìn)行晶界改性，在提高本征抗蝕性的同時，可以有效抑制主相晶粒異常長大，進(jìn)一步提高磁體的矯頑力。與商用磁體相比，單獨采用Ta進(jìn)行晶界重構(gòu)，主相晶粒尺寸由22.4μm細(xì)化到8.7μm，磁體矯頑力由06.7kOe提高至17.7kOe，濕熱環(huán)境下96h的失重量由2.47mg/cm2下降到0.23mg/cm2。采用Nb和高電位Cu晶界改性，不僅有效細(xì)化晶粒尺