首页> 正文

纳米复合Nd2Fe14B/α-Fe（Fe3B）永磁合金的结构与磁性能

2020-12-05阅读(771)

纳米复合Nd2Fe14B/α-Fe（Fe3B）永磁合金的结构与磁性能

论文摘要

纳米复合永磁材料是一种新型的永磁材料,它是由高饱和磁化强度的软磁相和高各向异性场的硬磁相在纳米范围内复合组成,通过纳米尺度下软、硬磁性相之间的交换耦合相互作用来获得磁性能。纳米复合Nd-Fe-B系永磁材料和传统的Nd-Fe-B系永磁材料相比,稀土含量较低,化学稳定性较好,而且具有高剩磁、高磁能积的特点,是一种新型的、有广泛应用前景的稀土永磁材料。本文利用熔体快淬法结合晶化退火工艺制备了一种具有新型成分范围的Nd2Fe14B/α-Fe（Fe3B）型纳米复合永磁合金,通过X射线衍射（XRD）、振动样品磁强计（VSM）、示差扫描量热分析（DSC）、透射电镜（TEM）、热磁分析（TMA）等分析仪器和手段,重点研究了高熔点金属Ti和C添加对其结构和磁性能的影响规律。并在上述基础上,研究了合金中稀土Nd含量、B含量、Pr部分取代Nd以及与Ti性质相似的高熔点金属元素Nb、Zr、Cr和C的联合添加对合金结构和磁性能的影响规律。文章最后对Ti和C联合添加纳米复合磁体的磁化和反磁化过程、纳米复合永磁粉及其粘结磁体的特性进行了研究。在研究Ti和C添加对合金结构和磁性能的影响规律中发现,一定量Ti添加能够抑制Nd2Fe23B3和Fe3B相的形成,并且可以在Nd9.4Fe79.6B11合金中形成细小且分布均匀的高熔点TiB2质点相,细化晶粒,增强晶粒之间的交换耦合相互作用,提高合金的磁性能。综合磁性能较佳的Nd9.4Fe75.6Ti4B11合金薄带最佳晶化条件下的剩磁Br为0.87T,矫顽力iHc达到931.1kA/m,磁能积（BH）max达115.4kJ/m3。在Nd9.4Fe75.6Ti4B11合金中添加一定量的C,能够抑制合金中TiB2沉淀相的生成,使TiC优先从体系中析出,将减少由于TiB2析出而从体系中夺取的B元素量,从而在一定程度上增加体系中硬磁性Nd2Fe14B相的含量。适量Ti和C的联合添加改变了合金的晶化方式,使软磁性α-Fe相和硬磁性Nd2Fe14B相同时从非晶基体中析出,这种晶化方式避免了先析出相晶粒的长大,利于获得细小均匀的纳米晶结构。综合磁性能较佳的Nd9.4Fe75.6Ti4B10.5C0.5合金薄带晶化后平均晶粒尺寸在15nm左右,其剩磁Br=0.91T,矫顽力iHc=975.6kA/m,磁能积（BH）max=135.4kJ/m3。文章从动力学理论的观点揭示了合金显微结构与合金晶化动力学特性之间的关系,指出Ti和C添加改变了Nd9.4Fe79.6B11合金晶相析出时的动力学参量值,使合金晶化时晶相的析出方式由难形核易长大型转变为易形核难长大型,这种易形核而难长大的晶化动力学特征,是Ti和C添加合金获得细小均匀的纳米晶结构的根本原因。研究了Nd和B含量及Pr部分取代Nd对Nd-Fe-Ti-B-C合金结构和磁性能的影响规律,结果表明Nd和B含量可以改变合金薄带晶化后的相组成、相分布和晶粒尺寸,因而改变了软硬磁性相之间的交换耦合相互作用,从而使不同Nd和B含量的合金呈现出不同的永磁特性。成分为Nd9Fe76Ti4B10.5C0.5的合金晶化后具有最佳的永磁性能。Pr取代Nd没有改变Nd-Fe-Ti-B-C永磁合金晶化后相的组成,但Pr使合金薄带晶化后晶粒变得粗大,不利于合金矫顽力的提高。Pr对合金薄带磁性能影响不大,直接利用稀土矿的次级分离产物Di来制备高性能低稀土含量纳米复合Di-Fe-Ti-B-C永磁合金完全可行,制备出的合金剩磁Br在0.86T与0.90T之间,内禀矫顽力iHc在1000kA/m左右,最大磁能积（BH）max介于130kJ/m3与136kJ/m3之间。在此基础上指出当稀土含量为89.5at.%,Ti含量约为4at.%,C含量约为0.5at.%,B含量为8.512.0at.%,其余为Fe时,Re-Fe-B-Ti-C永磁合金在“过快淬+最佳退火”后可以得到平均磁能积约为130kJ/m3的纳米复合磁体。当稀土含量达到9at.%时,B含量约10.5at.%时,纳米复合永磁合金的内禀矫顽力可以达到1000kA/m。在Nd9.4Fe79.6B11合金中添加高熔点金属元素Ti、Nb、Zr和Cr,均能形成质点相,从而抑制合金中Nd2Fe23B3和Fe3B相的生成,细化晶粒,提高矫顽力。但Ti、Nb和C的联合添加能够在不降低合金薄带剩磁的情况下获得高矫顽力,实现剩磁和矫顽力的有效平衡,而相同含量Zr、Cr和C的添加降低了合金薄带的剩磁,不能实现矫顽力和剩磁的有效平衡。通过对合金薄带起始磁化曲线、矫顽力与磁化场的关系、回复曲线、退磁曲线可逆与不可逆行为的研究,发现未添加Ti和C的Nd9.4Fe79.6B11合金的矫顽力同时具有形核和钉扎两种机制,形核场与钉扎场中较大的场决定了合金的矫顽力;而添加Ti的Nd9.4Fe75.6Ti4B11合金及Ti和C联合添加Nd9.4Fe75.6Ti4B10.5C0.5合金的矫顽力由畴壁位移的钉扎机制控制。元素添加后在合金中晶粒与晶粒之间形成的薄层晶界相是Ti和C添加合金畴壁运动时的钉扎中心。温度稳定性研究结果表明,含Ti和C的纳米复合磁粉在25100℃之间具有较好的温度稳定性,其温度系数与MQ公司生产的具有较低温度系数的MQP-C和MQP-D磁粉相当,优于MQ公司生产的纳米复合磁粉MQP-15-7和MQP-16-7。Ti和C的纳米复合磁粉温度稳定性的提高源于元素添加后合金显微结构的改变。抗氧化性研究结果表明,含Ti和C的纳米复合磁粉具有比MQP系列磁粉优异的抗氧化性能,更适宜于在复杂环境中的应用。文章最后用含Ti和C纳米复合磁粉制备了粘结磁体,在相同制备工艺条件下,纳米复合Nd9Fe76B10.5Ti4C0.5粘结磁体与用MQ-D磁粉制备的粘结磁体剩磁和最大磁能积基本一致,但矫顽力更高,稀土含量低,仅为9at.%,且不含战略元素Co,具有性价比高的特点。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 永磁材料简介
  • 1.2 稀土永磁材料发展状况
  • 5 永磁材料'>1.2.1 SmCo5永磁材料
  • 2Co17 永磁材料'>1.2.2 Sm2Co17永磁材料
  • 2Fe14B 永磁材料'>1.2.3 Nd2Fe14B 永磁材料
  • 1.2.4 稀土铁系间隙化合物永磁材料
  • 1.2.5 稀土永磁材料的新发展——纳米复合永磁材料
  • 1.3 纳米复合永磁材料
  • 1.3.1 纳米复合永磁材料的分类
  • 1.3.2 纳米复合永磁材料的模型与理论
  • 1.3.3 纳米复合永磁材料的制备方法
  • 1.4 Nd-Fe-B 系纳米复合永磁材料的研究现状
  • 1.4.1 合金成分
  • 1.4.2 制备工艺
  • 1.5 论文的选题依据及研究内容
  • 1.5.1 论文选题依据
  • 1.5.2 论文研究内容
  • 第二章 实验方法
  • 2.1 实验所用材料及设备
  • 2.1.1 实验所用材料
  • 2.1.2 实验所用设备
  • 2.2 样品制备
  • 2.2.1 合金铸锭制备
  • 2.2.2 快淬薄带制备
  • 2.2.3 薄带晶化
  • 2.2.4 粘结磁体制备
  • 2.3 合金组织结构及性能测试
  • 2.3.1 薄带磁性能测量
  • 2.3.2 粘结磁体磁性能测量
  • 2.3.3 X 射线物相分析
  • 2.3.4 示差扫描量热分析
  • 2.3.5 显微结构分析
  • 9.4Fe79.6B11永磁合金结构和磁性能的影响'>第三章 Ti 和C 对纳米复合Nd9.4Fe79.6B11永磁合金结构和磁性能的影响
  • 3.1 引言
  • 9.4Fe79.6-xTixB11 （x=0, 1, 2, 4, 6）永磁合金结构和磁性能的影响'>3.2 Ti 对纳米复合Nd9.4Fe79.6-xTixB11 （x=0, 1, 2, 4, 6）永磁合金结构和磁性能的影响
  • 3.2.1 Ti 对合金室温磁性能的影响
  • 3.2.2 Ti 对合金相组成的影响
  • 3.2.3 Ti 对合金晶化行为的影响
  • 3.2.4 Ti 对合金显微结构的影响
  • 3.2.5 Ti 对交换耦合强度的影响
  • 3.2.6 Ti 元素的作用机理
  • 9.4Fe75.6Ti4B11-xCx （x=0, 0.5, 1.5, 3, 5, 7, 11）永磁合金结构和磁性能的影响'>3.3 C对Nd9.4Fe75.6Ti4B11-xCx （x=0, 0.5, 1.5, 3, 5, 7, 11）永磁合金结构和磁性能的影响
  • 3.3.1 C 对合金室温磁性能的影响
  • 3.3.2 C 对合金相组成的影响
  • 3.3.3 C 对合金晶化行为的影响
  • 3.3.4 C 对合金显微结构的影响
  • 3.3.5 C 对交换耦合强度的影响
  • 3.3.6 C 元素的作用机理
  • 3.3.7 Ti 和C 添加合金微结构的形成机理
  • 3.4 Ti 和C 添加前后合金的晶化动力学研究
  • 3.4.1 晶化表观激活能
  • 3.4.2 晶化阶段激活能
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 合金成分对纳米复合Nd-Fe-Ti-B-C 永磁合金结构和磁性能的影响
  • 4.1 引言
  • xFe85-xTi4B10.5C0.5 （x=7.8, 8.2, 8.6, 9.0, 9.4）永磁合金结构和磁性能的影响'>4.2 Nd 含量对纳米复合NdxFe85-xTi4B10.5C0.5 （x=7.8, 8.2, 8.6, 9.0, 9.4）永磁合金结构和磁性能的影响
  • 4.2.1 Nd 对合金磁性能的影响
  • 4.2.2 Nd 对合金相组成的影响
  • 4.2.3 Nd 对合金显微结构的影响
  • 9Fe86.5-xTi4BxC0.5 （x=8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0）永磁合金结构和磁性能的影响研究'>4.3 B 含量对纳米复合Nd9Fe86.5-xTi4BxC0.5 （x=8.5, 9.0, 9.5, 10.0, 10.5, 11.0）永磁合金结构和磁性能的影响研究
  • 4.3.1 B 对合金相组成的影响
  • 4.3.2 B 对合金室温磁性能的影响
  • 4.3.3 B 对合金显微结构的影响
  • 1-xPrx)9.4Fe75.6Ti4B10.5C0.5（x=01）永磁合金结构和磁性能的影响'>4.4 Pr 部分取代Nd 对纳米复合(Nd1-xPrx)9.4Fe75.6Ti4B10.5C0.5（x=01）永磁合金结构和磁性能的影响
  • 4.4.1 Pr 对合金相组成的影响
  • 4.4.2 Pr 对合金室温磁性能的影响
  • 4.4.3 Pr 对合金晶化方式的影响
  • 4.4.4 Pr 对合金显微结构的影响
  • 4.5 高性能低稀土含量纳米复合Re-Fe-B-Ti-C 永磁合金的成分设计
  • 4.6 本章小结
  • 9.4Fe79.6B11永磁合金结构和磁性能的影响'>第五章 过渡金属M（M=Nb, Zr, Cr）和C 对纳米复合Nd9.4Fe79.6B11永磁合金结构和磁性能的影响
  • 5.1 引言
  • 9.4Fe79.6B11 永磁合金晶化方式、显微结构和磁性能的影响'>5.2 Nb 和C 对纳米复合Nd9.4Fe79.6B11永磁合金晶化方式、显微结构和磁性能的影响
  • 5.2.1 Nb 和C 对合金室温磁性能的影响
  • 5.2.2 Nb 和C 对合金相组成的影响
  • 5.2.3 Nb 和C 对合金晶化方式的影响
  • 5.2.4 Nb 和C 对合金显微结构的影响
  • 5.2.5 Nb 和C 对合金交换耦合强度的影响
  • 9.4Fe79.6B11 永磁合金晶化方式、显微结构和磁性能的影响'>5.3 Zr 和C 对纳米复合Nd9.4Fe79.6B11永磁合金晶化方式、显微结构和磁性能的影响
  • 5.3.1 Zr 和C 对合金室温磁性能的影响
  • 5.3.2 Zr 和C 对合金相组成的影响
  • 5.3.3 Zr 和C 对合金晶化方式的影响
  • 5.3.4 Zr 和C 对合金显微结构的影响
  • 9.4Fe79.6B11 永磁合金结构和磁性能的影响'>5.4 Cr 和C 对纳米复合Nd9.4Fe79.6B11永磁合金结构和磁性能的影响
  • 5.4.1 Cr 和C 对合金室温磁性能的影响
  • 5.4.2 Cr 与C 对合金相组成的影响
  • 5.4.3 Cr 与C 对合金显微结构的影响
  • 5.5 过渡金属M（M=Ti, Nb, Zr, Cr）在合金中的作用
  • 5.6 本章小结
  • 2Fe14B/α-Fe（Fe3B）永磁合金的磁化和反磁化行为'>第六章 纳米复合Nd2Fe14B/α-Fe（Fe3B）永磁合金的磁化和反磁化行为
  • 6.1 纳米复合磁体的矫顽力理论研究现状
  • 6.1.1 形核理论
  • 6.1.2 钉扎理论
  • 6.2 纳米复合磁体的起始磁化过程
  • 6.3 纳米复合磁体矫顽力与磁化场的关系
  • 6.4 纳米复合磁体的回复曲线
  • 6.5 纳米复合磁体退磁曲线的可逆与不可逆行为
  • 6.6 Ti 和C 添加后合金薄带高矫顽力的来源
  • 6.7 本章小结
  • 第七章 粘结用纳米复合永磁粉及其粘结磁体
  • 7.1 制备工艺对磁粉性能的影响
  • 7.2 磁粉的温度稳定性
  • 7.2.1 剩磁温度系数
  • 7.2.2 矫顽力温度系数
  • 7.2.3 温度稳定性改变的原因
  • 7.3 磁粉的抗氧化性能
  • 7.4 粘结磁体
  • 7.5 本章小结
  • 第八章 结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者在学期间取得的学术成果

    • 相关论文文献

    • [1].含活性位点的金属有机骨架荧光识别Fe~(3+)的研究进展[J]. 云南化工 2020(01)
    • [2].碳点荧光探针的表征及其对Fe（Ⅲ）检测的应用[J]. 生物化工 2020(01)
    • [3].Fe~(2+)活化过硫酸钾处理三唑醇农药废水[J]. 当代化工 2020(01)
    • [4].添加Fe~(2+)对克雷伯氏菌发酵产氢特性的影响[J]. 应用化工 2020(04)
    • [5].Fe~(3+)荧光探针的研究进展[J]. 山东化工 2020(09)
    • [6].电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中总Fe不确定度评定[J]. 中国果菜 2020(06)
    • [7].Fe元素对激光沉积制造高强钛合金组织及性能影响[J]. 应用激光 2020(03)
    • [8].时效对Fe基合金激光重熔层组织和性能的影响[J]. 金属热处理 2020(09)
    • [9].三维荧光光谱表征Fe(Ⅱ)浓度对厌氧氨氧化过程的影响与平行因子分析[J]. 环境工程技术学报 2019(06)
    • [10].黄血盐与Fe~(3+)反应的化学方程式应该怎样写[J]. 化学教学 2012(09)
    • [11].基于罗丹明b类的Fe~(3+)荧光探针的合成及其性能研究[J]. 南华大学学报(自然科学版) 2016(04)
    • [12].铁氰化钾-Fe(Ⅲ)体系测定盐酸异丙肾上腺素[J]. 化学研究与应用 2016(11)
    • [13].Fe~(2+)对嗜热链球菌生长及发酵酸乳品质的影响[J]. 食品科技 2017(06)
    • [14].基于香豆素骨架的Fe~(3+)荧光探针的研究进展[J]. 化学通报 2017(08)
    • [15].酸性条件下十二胺体系中Fe~(3+)对白云母可浮性的影响[J]. 矿产保护与利用 2015(06)
    • [16].Fe对过共晶铝硅合金高温磨损性能的影响[J]. 科技与创新 2016(21)
    • [17].Fe~(2+)催化H_2O_2/Na_2S_2O_8氧化降解水中黄腐酸[J]. 青岛科技大学学报(自然科学版) 2016(06)
    • [18].Fe~(3+)离子荧光探针的研究进展[J]. 化工技术与开发 2014(11)
    • [19].钙黄绿素-Fe~(3+)荧光光谱法测定F~-[J]. 广东化工 2015(06)
    • [20].Fe~(3+)对锂辉石浮选的影响及机理研究[J]. 稀有金属与硬质合金 2015(04)
    • [21].硫氰化钾鉴别Fe(Ⅲ)和Fe(Ⅱ)实验的改进[J]. 化学教学 2020(06)
    • [22].Fe(OH)_3胶体制备方法的探讨[J]. 中小学实验与装备 2017(01)
    • [23].迪格拉西“不得已”夺冠 中国车手不幸触发安全车——FE电动方程式巴黎站[J]. 新能源汽车新闻 2016(05)
    • [24].FE摩纳哥ePrix后记 “缩水版”不过瘾 “全赛道”指日待[J]. 轿车情报 2017(06)
    • [25].FE系统广角最强音 索尼G大师镜头FE 16-35 mm F2.8 GM体验[J]. 摄影之友 2017(09)
    • [26].完美收官 钛麒Formula E车队征战FE[J]. 汽车与运动 2017(09)
    • [27].Fe基耐磨堆焊用药芯焊丝的发展研究现状[J]. 现代焊接 2014(07)
    • [28].不同改性聚丙烯腈纤维与Fe~(3+)配位反应动力学[J]. 纺织学报 2013(11)
    • [29].面心立方Fe中合金元素偏析行为的理论研究[J]. 兵器材料科学与工程 2020(01)
    • [30].体心立方Fe中<100>位错环对微裂纹扩展影响的分子动力学研究[J]. 物理学报 2020(11)

    标签：;  ;  ;  ;  ;  ;  ;  

    纳米复合Nd2Fe14B/α-Fe（Fe3B）永磁合金的结构与磁性能
    下载Doc文档

    猜你喜欢

    © 2024 毕速过 版权所有 鄂ICP备12018319号-5