放電等離子燒結(jié)制備新型NdFeB永磁材料的成分、工藝和矯頑力機(jī)理研究.pdf

1、放電等離子燒結(jié)技術(shù)(SparkPlasmaSintering，簡稱SPS)是近年來發(fā)展起來的一種材料成型新技術(shù)。與傳統(tǒng)燒結(jié)技術(shù)相比，SPS技術(shù)具有升溫速率快、燒結(jié)溫度低、燒結(jié)時間短以及可一次成形燒結(jié)材料等特點，同時具有特殊的燒結(jié)機(jī)理。本研究首先采用SPS技術(shù)制備NdFeB永磁材料及器件，重點研究材料的成分、組織及其磁性能。在此基礎(chǔ)上，研究材料的耐腐蝕性、溫度特性及力學(xué)性能等應(yīng)用性能；研究器件的一次成形工藝及其尺寸精度。最后，對SPSNd

2、FeB永磁的磁化特征及其矯頑力機(jī)理進(jìn)行了研究。上述工作旨在研發(fā)兼具良好的綜合使用性能和一次成形性的新型NdFeB永磁材料，從而實現(xiàn)建立新工藝規(guī)范、節(jié)省稀土資源的目的。 利用SEM、TEM、EDX、B-H回線儀等分析測試手段，系統(tǒng)研究了SPS工藝以及后續(xù)的熱處理工藝對高稀土含量(型號A，名義成分為Nd102Pr3Dy05FebalAl0.3B6)及低稀土含量(型號B，名義成分為Nd12Pr2Dy2FebalAl1Nb0.3Cu0.

3、2B6)兩種類型的NdFeB永磁材料的顯微組織和性能的影響。顯微組織觀察表明，新型NdFeB燒結(jié)磁體的顯微組織由均勻、細(xì)小的主相Nd2Fe14B晶粒(平均粒徑5μm)和彌散分布的邊界富釹相組成。采用最佳的名義工藝參數(shù)，分別制備出了具有良好磁性能的高剩磁型SPSNdFeB磁體(磁性能：Br=1.351T，Hci674.4kA·m-1，(BH)m=360.4kJ·m-3)以及高矯頑力型SPSNdFeB磁體(磁性能：Br=1.128T，Hci

4、=2005.6kA·m-1，(BH)m=252.32kJ·m-3)。與相同成分的傳統(tǒng)燒結(jié)磁體相比，新型SPSNdFeB剩磁略低，矯頑力更高，磁能積相近。 采用高壓釜實驗、高溫氧化實驗以及電化學(xué)實驗對SPSNdFeB永磁的耐腐蝕性(含抗氧化性)及其本征化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。電化學(xué)研究結(jié)果表明，SPSNdFeB磁體比傳統(tǒng)燒結(jié)NdFeB磁體具有更好的化學(xué)穩(wěn)定性，高壓釜實驗和高溫氧化實驗也證明前者具有更好的耐腐蝕性。結(jié)合顯微組織研究發(fā)現(xiàn)

5、，磁體良好的耐腐蝕性主要源于其細(xì)小、彌散分布的晶粒間富釹相，新型SPSNdFeB磁體的這種獨特顯微組織有效抑制了傳統(tǒng)磁體中存在的晶間腐蝕過程，從而顯著提高了磁體的耐腐蝕性。 利用SEM觀察了SPSNdFeB磁體的顯微組織和斷口形貌，研究了磁體的抗彎強(qiáng)度、斷裂韌性以及顯微硬度等力學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)SPSNdFeB磁體的綜合力學(xué)性能顯著優(yōu)于傳統(tǒng)燒結(jié)磁體。以抗彎強(qiáng)度為例，前者σbb=402.25MPa，后者σbb=278.97MPa，提高幅

6、度超過40％。對比二者的顯微組織，發(fā)現(xiàn)SPSNdFeB磁體顯微組織主相晶粒細(xì)小均勻、富稀土相細(xì)小彌散且彼此隔斷，斷口觀察發(fā)現(xiàn)了較明顯的撕裂棱及部分解理斷裂；而傳統(tǒng)燒結(jié)磁體主相晶粒粗大、富稀土相粗大且彼此連接，沿晶斷裂特征明顯。 利用高溫B-H回線儀和轉(zhuǎn)動樣品磁強(qiáng)計測量樣品不同溫度下的退磁曲線，研究了樣品的可逆溫度系數(shù)和不可逆磁通損失。發(fā)現(xiàn)SPSNdFeB磁體的溫度穩(wěn)定性比傳統(tǒng)燒結(jié)體稍差，應(yīng)通過進(jìn)一步的成分和結(jié)構(gòu)調(diào)整加以提高。

7、 結(jié)合模具設(shè)計，試制了薄壁磁環(huán)和大尺寸磁體等具有較高實用價值的磁性器件。發(fā)現(xiàn)磁體一次成形的尺寸偏差小于±0.02mm，優(yōu)于線切割精加工尺寸。表面磁場強(qiáng)度測試結(jié)果表明磁體的組織均勻度高。研究結(jié)果表明，SPSNdFeB磁體的成型精度主要由模具控制，而其組織的均勻性則由SPS特殊的燒結(jié)機(jī)理決定。 研究了不同稀土含量的高磁性能SPSNdFeB磁體的磁硬化機(jī)理。發(fā)現(xiàn)兩種SPSNdFeB磁體在外場作用下均呈現(xiàn)出疇壁被第二相釘扎的特征；但