晶界相和主相微观结构对多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体磁性能的影响

采用微磁学方法研究了多主相(Nd,Ce)-Fe-B磁体的晶界相结构、主相晶粒尺度、主相成分等因素对磁体磁性能的影响。研究结果表明:晶界相为非磁性时,沿晶界分布的晶界相厚度越大,对磁体的矫顽力H_(cj)改善越有利;随着晶界相磁性的提高,磁体矫顽力H_(cj)明显降低。同时,主相晶粒细化也有助于改善磁体矫顽力H_(cj),随着晶粒尺度减小,磁体的矫顽力H_(cj)逐渐增大;经Pr、Dy扩散后在主相晶粒表面形成的((Nd,Ce)_(1-x)RE_(x))_(2)Fe_(14)B(RE=Pr/Dy)硬磁壳层,使形核场提高,矫顽力H_(cj)得到显著改善。

Nd-Fe-B熔炼工序中浇铸曲线对合金片片厚分布的影响研究

合金片片厚对Nd-Fe-B磁体性能的影响较大。传统浇铸曲线设定采用全程一段式线性浇铸基础进行经验修正的方式,易导致不同浇铸时段的片厚不一致影响最终的磁体性能。本文通过对浇铸过程分析,构建了两段式浇铸曲线,并导入设备中进行实验。结果表明,采用两段式浇铸曲线后,合金片片厚一致性得到大幅改善,其中设计均值±0.05 mm的合金片占比达到90%以上,±0.10 mm占比达到100%。

Nd-Fe-B磁体晶界扩散Tb效果X射线荧光光谱法表征

采用能量散射X射线荧光光谱法(ED-XRF)对晶界扩散(GBD)Tb元素的烧结Nd-Fe-B磁体的扩散效果进行评价。通过对比分析,发现ED-XRF法、辉光放电光谱法(GD-OES)和能谱法(EDS)都可以表征扩散元素Tb含量的深度分布特征,而ED-XRF法的检测特征和检测斑的尺寸等参数更适用于评价选区扩散磁体的扩散效果。当对样品扩散区域的局部位置进行不同深度多次测量时,相对于GD-OES法,采用ED-XRF法对测量深度的表征更为合理。数据显示大部分扩散元素Tb聚集在磁体表层约200μm范围内,而对磁体整体矫顽力提高起到显著作用的扩散量的临界值远小于磁体表层的Tb含量。另外,发现表面涂覆不同厚度富Tb扩散源的Nd-Fe-B磁体在经历相同热处理参数GBD工艺后,内部Tb元素含量出现差异性分布。同时还分析了采用硝酸溶液酸洗减薄法制备XRF样品的可行性,数据显示相比于双面磨或机械切割,使用硝酸溶液酸洗法制样显得更为方便且对减薄量的选择更自由。

川西甲基卡伟晶岩型锂矿科学钻探(JSD-1)岩芯Li-B-Fe-Nd同位素对稀有金属成矿作用的指示意义

甲基卡伟晶岩型锂矿位于青藏高原东部松潘-甘孜地体东南部,是我国最大的硬岩型锂矿,其成岩成矿机制至今仍有争议。为了深入认识甲基卡伟晶岩型锂矿床稀有金属超常富集的关键岩浆热液过程,研究团队基于甲基卡一号钻孔(JSD-1)岩芯开展全孔Li-B-Fe-Nd同位素地球化学研究。伟晶岩和二云母花岗岩较低的Nb/Ta、Zr/Hf值以及Li-Nd同位素表明甲基卡伟晶岩可能来源于马颈子二云母花岗岩深成岩体的岩浆结晶分异。JSD-1岩芯花岗岩和伟晶岩中电气石的硼同位素(δ^(11)B)在-9.5‰~-7.1‰之间,与世界上90%的花岗岩和伟晶岩中δ^(11)B变化范围一致。JSD-1岩芯电气石δ^(11)B与全岩Li含量的实验和模型模拟结果表明花岗质岩浆演化过程遵循平衡结晶模型,花岗质岩浆极端结晶分异不能达到熔体中锂辉石过饱和。JSD-1岩芯全岩的Fe同位素(δ^(56)Fe)变化范围为-0.12‰~0.38‰。δ^(56)Fe的显著变化反映了黑云母分离结晶、热液蚀变(电气石化)以及石榴子石堆晶等多阶段岩浆-热液过程的共同结果。全孔Li-B-Fe-Nd同位素综合表明,伴随着广泛流体出溶的岩浆结晶分异过程控制了Li的逐步富集。由于岩浆上升的减压作用,花岗岩岩席穹隆的形成有利于晚期花岗岩岩浆的大量流体出溶,使得浅部形成锂辉石为主的矿体。

高Ce含量RE-Fe-B烧结磁体元素分布与磁性能研究

为了开发具有商业价值的高Ce含量RE-Fe-B磁体,提高高丰度稀土Ce的利用率,对不同Ce替代量RE-Fe-B磁体的磁性能和微观结构进行了研究。实验结果表明,Ce/(Ce+Nd)质量分数达到40%的双主相磁体仍保持着优良的磁性能,剩磁Br达到1.31 T,最大磁能积(BH)_(max)达到310.56 kJ/m^(3)。在Ce替代量为40%的单、双主相磁体中,Nd和Ce元素的置换行为存在差异,单、双主相磁体中Nd元素均偏向于进入主相晶粒,Ce元素则趋于聚集在晶界相或主相晶粒表层,且在双主相磁体中形成贫Ce主相和接近名义成分的(Nd_(0.6)Ce_(0.4))_(30.5)(Fe,M)_(bal)B_(0.97)主相。通过观察磁畴翻转分析了单、双主相磁体的磁化行为,研究了双主相磁体矫顽力增强机制:贫Ce主相的高各向异性场对富Ce主相的磁矩起到了钉扎作用。Nd和Ce元素扩散行为的研究为制备高Ce含量、高磁性能的商业化RE-Fe-B磁体提供了依据。

纳米Al掺杂对烧结Nd-Fe-B结构与性能的影响

采用晶间掺杂方法将不同含量的纳米Al加入钕铁硼细粉中,制备出不同纳米Al掺杂量的烧结钕铁硼磁体。系统研究了纳米Al的掺杂对烧结钕铁硼磁体微观结构、磁性能和温度稳定性的影响。结果表明:纳米Al的掺杂可以明显提高磁体的矫顽力,其矫顽力由未掺杂纳米Al时的8.91 kOe提高到掺杂0.8%纳米Al时的12.34 kOe,但纳米Al的掺杂也会导致磁体的剩磁和磁能积的降低。纳米Al的掺杂能够改善磁体的温度稳定性。由于纳米Al的熔点低,通过掺杂纳米Al既有助于烧结磁体的液相烧结促进其致密化,又能减少块状富稀土相,增加薄片状富稀土相,起到去磁耦合作用,对于烧结磁体的磁硬化具有重要作用。

Nd-Fe-B片铸连续恒定浇注流量数学模型分析及工程实现

针对烧结Nd-Fe-B磁体生产过程中速凝(片铸)浇注流量较难控制的问题,建立合金熔炼坩埚连续恒定浇注流量数学模型,用工程软件计算并绘制倾角(θ)-流量(q)、时间(t)-速度(v)等函数曲线;分析函数曲线特征,发现倾转坩埚的几何形貌和状态变化是导致连续浇注流量不稳定的主要因素,在约60°与73.9°倾转角流量发生急剧变化。根据曲线特性和现场采集数据,制定短时间等角速度(即局部线性化)的恒定熔液流量控制策略,设计片铸炉的系统嵌入式间接模糊控制恒定浇注流量铸片子系统,工程化实现浇注过程液面无浪涌的连续平稳片铸,铸片厚度及其一致性均达到满意指标。

Ce、La添加对DyCo晶界扩散烧结Nd-Fe-B磁体性能的影响

为了有效利用高丰度稀土,在重稀土扩散源Dy_(60)Co_(40)中添加Ce、La以取代Dy。研究了不同的Ce、La添加量对Dy_(60)Co_(40)晶界扩散烧结Nd-Fe-B磁体性能的影响。结果表明:Dy_(30)Ce_(30)Co_(40)、Dy_(30)(Ce_(0.4)La_(0.6))_(30)Co_(40)晶界扩散均能大幅提升Nd-Fe-B磁体的矫顽力,分别为1509和1527 kA/m,相比原始Nd-Fe-B磁体的矫顽力分别提高了31.7%和33.2%,且剩磁和最大磁能积下降不明显。微观组织研究表明,Ce主要分布在晶界相中形成富Ce相,不利于Dy的扩散;而La的添加限制了Ce进入主相晶粒,促进了Dy的扩散,从而进一步提高了磁体的矫顽力。热稳定性研究发现,Ce、La的添加均能提高磁体的热稳定性,但是其提升效果均没有Dy_(60)Co_(40)扩散磁体明显,这与形成了低磁晶各向异性场的Ce_(2)Fe_(14)B和La_(2)Fe_(14)B相有关。

热处理对双合金工艺制备的(Nd,Tb)-Fe-B烧结磁体矫顽力的影响

为了在降低重稀土用量的情况下进一步提高磁体矫顽力,应用双合金工艺将主合金粉与辅合金粉按7.5:2.5比例混合制备出双合金Nd-Fe-B烧结磁体。探究了回火工艺对稀土双合金磁体矫顽力的影响,并通过扫描电镜表征了热处理对合金微观结构和组分分布的影响。结果发现,在特定的烧结温度和回火下,合金主相能分布更加均匀,且在其周围的含重稀土相趋于形成薄的壳层结构。该实验方案在保证磁能积基本不降低的前提下通过特定的烧结和时效等热处理工艺有效提高了磁体矫顽力。通过优化热处理方式,最后得到矫顽力为18.57 kOe、磁能积为48.53 MGOe的高性能磁体。

Parylene镀层对烧结Nd-Fe-B磁体稳定性的影响

采用化学气相沉积法(CVDP)在Nd-Fe-B磁体和电镀Cu层的Nd-Fe-B磁体表面包覆派瑞林(Parylene)镀层,分析Parylene镀层和Parylene+电镀Cu复合镀层对磁体化学稳定性和温度稳定性的影响。Parylene分子沉积到磁体表面形成一层致密的镀层,镀层表面形成大小不同的颗粒,造成磁体表面粗糙度变大。Parylene镀层与Nd-Fe-B基体结合紧密,未出现缝隙和镀层脱落现象,镀层厚度随Parylene粉末质量增加逐渐增大。Parylene镀层一方面可以有效改善Nd-Fe-B磁体的化学稳定性,提高磁体中性盐雾耐腐蚀性能;另一方面对磁体有很好的抗热氧化保护作用,有利于提高磁体的温度稳定性,降低高温磁通不可逆损失(h_(irr))。Cu镀层的存在不利于Parylene镀层改善磁体化学稳定性和温度稳定性,这是由于电镀Cu层与Nd-Fe-B磁体基体和Parylene镀层结合不紧密,界面存在缝隙与裂痕。

无重稀土烧结Nd-Fe-B磁体的显微结构和磁性能研究

对Ga、Al、Cu和Zr共同掺杂的烧结Nd-Fe-B磁体磁性能和显微结构进行研究,并通过回火工艺对磁体的矫顽力进行调控。结果表明:当一级回火为900℃×150 min,且二级回火为500℃×180 min时,磁体矫顽力H_(cj)从烧结态的14.33 kOe大幅提高到二级回火态的19.86 kOe,提高了38.6%;方形度H_(k)/H_(cj)由0.86增加到0.97;剩磁B_(r)仅从烧结态13.51 kGs略微下降到二级回火态的13.46 kGs;富稀土相分布更加连续和明显。研究分析表明,矫顽力大幅增加主要是由于含有少量的富Nd相和贫B相的烧结Nd-Fe-B磁体中Ga的掺杂改变了晶界相湿润性,降低了富稀土相中Fe元素的含量。本研究为无重稀土高矫顽力和高剩磁烧结Nd-Fe-B磁体步入产业化夯实了理论基础。

烧结Nd-Fe-B磁体表面铝薄膜的性能和微观结构

采用多弧离子镀在烧结Nd-Fe-B磁体表面制备了铝薄膜,研究沉积时间和热处理温度对薄膜性能和微观结构的影响。利用扫描电镜和X射线衍射仪分析薄膜的微观结构和物相组成,通过涂层附着力自动划痕仪和电化学工作站测试薄膜与基体间的结合力以及耐腐蚀性能。结果表明:随着沉积时间增加,铝薄膜平均厚度增加,当沉积时间为20 min时,薄膜的耐腐蚀性能最佳;铝薄膜表面存在菜花状液滴堆叠现象,其液滴直径随沉积时间增加而降低。非真空热处理后薄膜表面颗粒熔化和长大,菜花状液滴堆叠现象消失;随着热处理温度升高,铝薄膜的腐蚀电流密度先减小后略微增大;热处理温度为530℃时,腐蚀电流密度最小,沉积铝薄膜磁体的耐腐蚀性能得到改善。

烧结Nd-Fe-B磁体表面渗镀Dy2O3对磁体显微组织和磁性能的影响

研究了烧结Nd-Fe-B磁体表面渗镀Dy2O3对磁体组织结构与磁性能的影响。表面渗镀Dy2O3后,N40的矫顽力由1017 kA.m-1提高到1146 kA.m-1,38H的矫顽力由1575 kA.m-1提高到1753 kA.m-1,而通过传统合金化添加同量Dy,N40和38H的矫顽力分别为1061和1634 kA.m-1。磁体表面渗镀Dy2O3后热稳定性也大大改善。组织分析表明,元素Dy从表面扩散并渗入磁体的内部约20μm厚,Nd2Fe14B晶粒表层附近Dy含量比晶界中高,说明Dy2O3中的Dy通过扩散与富Nd相及Nd2Fe14B晶粒表面层的部分Nd发生置换反应,增强了Nd2Fe14B晶粒表面层的磁晶各向异性。在此基础上,提出了高矫顽力高热稳定性渗Dy的烧结Nd-Fe-B磁体中Dy分布的理想模型。

Nd-Fe-B永磁材料氢脆机理与阻氢涂层研究

本文利用三维 Mobius反演变换得到了金属 Nd原子间的相互作用势和 H原子间的相互作用势 ,利用组合规则得到了 Nd- H原子间的相互作用势 ,进而利用正则系统分子动力学算法研究了在一定加载应力强度因子下氢在 Nd晶体中的行为 ,模拟结果表明 ,H在 Nd晶体裂尖富集成许多氢原子团簇或氢气团簇 ,这在一定程度上解释了 Nd- Fe- B磁体中的氢爆现象 ,进而为 Nd- Fe- B阻氢涂层工艺提供理论参考 ,达到在原子分子水平上设计新型阻氢涂层的目的。对 Nd- Fe- B阻氢涂层的制备进行了实验研究 ,利用厚膜烧结方法在 Nd- Fe- B磁体表面涂覆银及高分子聚合物涂层 ,高压充氢实验结果表明 ,在 10 MPa、2 5℃的氢环境中 ,磁体充氢 178分钟未粉碎 ,最长可达2 88分钟 ,充氢后的磁体磁性能没有变化。另外 ,对 γ-辐照前后涂覆涂层的磁体进行了磁性能、充氢及尺寸测试 ,实验结果表明 ,涂覆涂层的磁体 γ-辐照前后磁性能。

Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米晶双相复合永磁合金

采用快淬及热处理工艺，通过复合添加Dy和Ga，制备了高磁性能的Nd2Fe14B／α－Fe纳米晶双相复合永磁合金合金最佳磁性能为：Jr＝1．161T（11．6kGs），Hci＝580．50hA／m（7．30kOe）和（BH）max＝162．7kJ／m3（20．5MGs·Oe）该合金成分为Nd7．5Dy1Fe85B4．5Ga2，其显微组织由晶粒尺寸约为32nm的硬磁相Nd2Fe14B和16nm左右的软磁相α－Fe组成该合金存在显著的剩磁增强效应，剩磁比Jr／Js＝0．754．

热压/热变形Nd_2Fe_(14)B/α-Fe纳米双相永磁体的研究

为了制备各向异性块状Nd2 Fe14 B/α -Fe纳米双相永磁体 ,研究了热压 /热变形工艺参数与样品微观组织结构、磁性能之间的关系。结果表明 ,饱和磁化强度Js 随模压温度的升高而提高 ;而剩磁Jr、内禀矫顽力Hcj和最大磁能积 (BH) max 开始都随模压温度的升高而上升 ,但超过一定温度后反而降低 ;同时提高热压压力会使磁性能增加 ,而热变形温度对磁性能影响很小。热变形后样品垂直于压力方向的磁性能略高于平行于压力方向 ,呈现出轻微的各向异性。Nd2 Fe14 B/α -Fe纳米双相永磁材料在热压 /热变形后没有产生晶粒的择优长大 。

高Dy含量烧结Nd-Fe-B的晶界扩散处理研究

研究了晶界扩散处理对高Dy含量烧结Nd-Fe-B磁体性能和结构的影响。经蒸镀渗Dy晶界扩散处理,高Dy含量Nd-Fe-B磁体的矫顽力从1 713 kA/m提高至2 161 kA/m,而剩磁和最大磁能积基本没有下降,处理后磁体内Dy平均质量分数仅增加0.30%。不同深度片层分析表明,虽然磁体近表面片层比中心片层的Dy含量高,但是片层间矫顽力相差较少,而且所有片层的矫顽力均远高于未处理磁体片层的矫顽力。电子探针Dy元素面分布结果显示,在未处理高Dy含量磁体的晶界与主相中均存在Dy元素富集区且富集浓度较低,而经扩散处理后,晶界富Nd相中的Dy富集区浓度及所占比例明显提高;包括磁体芯部在内,磁体内大部分角隅处富Nd相内Dy含量明显增加,进一步提高了高Dy含量磁体内部各处的矫顽力。

Nd-Fe-B包晶合金定向凝固组织的研究

利用亚快速定向凝固设备制备Nd-Fe-B合金,并研究了其定向凝固组织.设计合金成分为:亚包晶成分(Nd10.8Fe83.8B5.4)、包晶成分(Nd11.76Fe82.36B5.88)和过包晶成分(Nd13.5Fe79.75B6.75).对抽拉速率在5～500μm/s范围内合金的定向凝固及微观组织的研究表明:三种成分Nd-Fe-B合金的最终凝固组织均由α-Fe枝晶相、包晶Nd2Fe14B相和富Nd相组成;随着抽拉速率的提高,α-Fe相的一次枝晶间距呈减小的趋势;三种成分凝固组织中的α-Fe相的体积分数随着抽拉速率的提高都表现出了先减后增的趋势,而Nd2Fe14B相的体积分数都表现出了先增后减的趋势.

混合合金法添加Ga对Nd-Dy-Fe-Co-B烧结磁体的磁性和微观结构的影响

对用混合合金法制备的Ｎｄ７．６９Ｄｙ６．６２Ｆｅ６４．３３Ｃｏ１４．８３Ｂ６．５３／Ｇａ烧结磁体的磁性和微观结构进行了研究。结果表明：添加０．５％（质量分数）的Ｇａ后，磁体的ｉＨｃ由１２３２ｋＡ／ｍ升高到１８１９ｋＡ／ｍ，在２００℃放置０．５ｈ后的磁通不可逆损失由 ３３．３％下降到 ５％以下．当Ｇａ的添加量达到１．０％左右时，Ｇａ的作用达到最大值．微观结构分析表明，不添加Ｇａ磁体的晶粒边界、尤其是晶界角隅处多呈现弯曲和凹凸不平的形状，添加 Ｇａ磁体的晶粒边界则呈现平滑和近似直线的形状．烧结过程中Ｇａ原子置换Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ相中Ｆｅ原子形成Ｎｄ２Ｆｅ１４－ｘＧａｘＢ相，与此同时，被置换的Ｆｅ原子进入液相与富Ｎｄ相、富Ｂ相反应形成新的 Ｎｄ２Ｆｅ１４Ｂ域 Ｎｄ２Ｆｅ１４－ｘＧａｘＢ）相，这是导致磁体的磁性和微观结构发生变化的主要原因。

添加Nb对Nd-Fe-B磁体温度稳定性的影响

对Ｎｄ１５．１５Ｆｅ７８．１１－ｘＮｂｘＢ６.７４（ｘ＝０， ０．２１， ０.４２， ０．７２， １．０８， １．４４）永磁体的温度特性和显微组织及两者之间的关系进行了研究.结果表明： Ｎｂ可以显著降低磁体的磁通不可逆损失，但对磁体磁通可逆部分几乎没有影响;Ｎｂ在Ｎｄ－Ｆｅ－Ｂ磁体中的作用是使晶粒均匀化、规则化，导致晶粒表面层厚度ｒ０大幅度变薄，晶粒表面的最小形核场Ｈｎ和Ｂｌｏｃｈ壁的挣脱钉扎场ＨＮ增大，因而使磁体的不可逆损失降低、温度稳定性和使用温度提高．