各向同性Nd2Fe14B-α-Fe型納米晶復合磁體的結構控制和性能研究.pdf

1、納米晶復合磁體是由硬磁相(Nd2Fe14B)和軟磁相(α-Fe)在納米尺度范圍內交換耦合而成的，理論預言其最大磁能積可達100MGOe，是頗具發(fā)展前途的下一代永磁材料。然而，實際制備的納米晶復合磁體的最大磁能積一般為10-20MGOe，遠低于理論預言值，其主要原因在于所制備的磁體不能同時具有高的磁化強度和高的矯頑力。對于納米晶復合磁體，其磁化強度和矯頑力之間存在內在的倒置關系，軟磁相的添加必然導致磁體矯頑力的降低。因此，克服磁化強度和矯

2、頑力之間的倒置關系成為發(fā)展高性能納米晶復合磁體的關鍵。本論文采用嚴重塑性變形結合熱退火、熔體快淬等技術針對各向同性 Nd2Fe14B/α-Fe型納米晶復合磁體的磁化強度和矯頑力之間的倒置關系開展了以下的研究工作。
　　采用(Nd,Pr)10Fe79Co3Nb1B7完全非晶薄帶為先驅體，利用嚴重塑性變形結合熱退火技術制備塊狀Nd2Fe14B/α-Fe型納米晶復合磁體，研究應變對其相形成、微結構和磁性能的影響。研究表明，隨著應變的增加

3、，塊狀磁體內亞穩(wěn)晶間相含量減少，軟磁相含量提高。嚴重塑性變形的大應變(ε=6.1)有效地抑制了非晶合金晶化過程中高鐵亞穩(wěn)相(如Nd2Fe23B3和Fe3B)的形成，促進了α-Fe相的析出，獲得高的軟磁相體積分數，Vα-Fe～37％，從而得到了高的飽和磁化強度4πMs=15.2kG，相對于直接熱退火非晶合金(4πMs=13.8kG)提高了10%。
　　采用(Nd,Pr)10Fe79Co3Nb1B7部分非晶薄帶(在非晶合金基體中引入少

4、量納米晶)為先驅體，結合嚴重塑性變形和熱退火成功控制了塊狀Nd2Fe14B/α-Fe型納米晶復合磁體內微結構。隨著應變增加至ε=6.2，磁體內軟磁相(α-Fe)的體積分數增加；α-Fe相和(Nd,Pr)2Fe14B相的晶粒尺寸減小，分別為12nm和22nm。與直接退火的非晶合金相比，應變?yōu)棣?6.2的納米晶復合磁體的磁性能明顯改善，實現了飽和磁化強度和矯頑力的同步提高，飽和磁化強度4πMs提高了12%，矯頑力Hci提高了57%，最大磁能

5、積(BH)max提高了73%。
　　研究了高軟磁相含量的塊狀Nd2Fe14B/α-Fe型納米晶復合磁體的矯頑力機制，表明其矯頑力是由疇壁釘扎機制控制的。磁體內納米晶的尺寸和分布，以及界面處的結構和化學都會影響疇壁的釘扎作用。在納米晶復合磁體磁化過程中，晶界作為疇壁的釘扎中心，阻礙疇壁的移動；晶界的數量增多，其對疇壁的釘扎作用增強，因此，細化晶?？商岣邏K狀納米晶復合磁體的矯頑力。采用正電子湮沒技術研究塊狀納米晶復合磁體的界面結構和化

6、學。表明，嚴重塑性變形促使非磁性原子Nb和B在界面處富集，改變了界面的化學特性，提高了界面的釘扎強度。因此，嚴重塑性變形結合熱退火技術克服了納米晶復合磁體磁化強度和矯頑力之間內在的倒置關系，同步提高了磁體的磁化強度和矯頑力。
　　采用熔體快淬技術通過控制合金的熔體溫度使其液態(tài)合金中存在有序的團簇造成液相分離，在固化過程中促進有序的液相團簇(與Nd2Fe14B結構類似)優(yōu)先生長，隨后α-Fe納米晶在長大的Nd2Fe14B晶粒周圍生長

7、，實現類核/殼納米結構的三維自組裝。研究表明，類核/殼結構Nd2Fe14B/α-Fe納米晶復合磁體具有良好控制的軟磁相晶粒尺寸(13～14 nm)，高的軟磁相體積分數(~28%)和理想的軟磁相分布(與硬磁相直接接觸)。該磁體具有優(yōu)異的磁性能，最大磁能積(BH)max=25MGOe，是目前所報道的各向同性Nd2Fe14B/α-Fe納米晶復合磁體的最高值。類核/殼納米結構有助于增強軟、硬磁晶粒間的交換耦合作用，提高晶界的疇壁釘扎強度，從而使

8、磁體同時獲得高的剩磁和高的矯頑力，克服了納米晶復合磁體的磁化強度與矯頑力之間的倒置關系，對高性能納米晶復合磁體的制備和發(fā)展具有重要意義。
　　利用熔體快淬技術制備了不同成分的Nd2Fe14B/α-Fe快淬納米晶復合磁體，研究Nd含量對NdxFe94-xB6快淬合金的微結構和磁性能的影響。隨著Nd含量的增加，快淬納米晶復合磁體的微結構和磁性能得到改善，其中Nd9Fe85B6快淬合金的綜合磁性能最好。NdxFe94-xB6快淬合金的矯