废弃Nd-Fe-B磁体的回收技术研究

在制备烧结Nd-Fe-B的过程中加入少量废弃Nd-Fe-B磁体,并相应减少Nd、Fe、B原料的投料量,再经过成形、烧结和后加工工序制成样品;对含废料与不含废料的Nd-Fe-B样品的粉末粒度、微观结构和磁性能进行了测试和比较分析。结果显示,含废料样品的粒度集中性略低于不含废料样品,且有少部分颗粒粒径超过100μm,而二者的微观结构基本一致,且随着老化温度升高,磁通量均有所减小,热变化规律相同。

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。

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。

晶界扩散Mg对钕铁硼磁体磁性能及微观组织的影响

烧结Nd-Fe-B磁体在风力发电、电动汽车等环保节能新能源产业中扮演着重要角色,因此研究制备高矫顽力及高磁能积的钕铁硼永磁材料是目前迫切需要解决的重要问题。本研究基于磁控溅射沉积非稀土元素Mg薄膜,再经过热处理使其扩散进入磁体内部,通过设定不同的扩散温度和时间,得到最佳扩散工艺参数,磁体矫顽力最大值达到17.12 kOe,增幅达到3.86 kOe,综合磁性能较为良好。通过对比分析实验前后磁体的磁性能和微观组织,Mg元素扩散过程中,低熔合金与富Nd相结合形成低熔液相,润湿性良好的低熔液相促进富Nd相流动,形成连续平滑的细晶界。这种方法可提高材料性能,适用于制备、表面改性和界面工程等领域。

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。

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．

取向度对Nd-Fe-B磁体磁性能均匀性的影响

用数理统计方法研究了粉末烧结 Nd- Fe- B永磁体磁性能的均匀性。分析发现 ,粉末取向度对均匀性有很大影响 ,随装填密度增加 ,取向度变小 ,磁性减弱 ,分布的离散度变宽。磁体磁通量的分布受成分、取向磁场和密度等多种随机因素的影响 ,统计结果比较好地服从正态分布。

添加W,Mo或Nb对Nd-Fe-B烧结磁体显微组织与磁性能的影响

研究了在ＮｄＦｅＢ磁体晶间添加Ｗ，Ｍｏ或Ｎｂ等合金元素对显微组织和磁性能的影响。结果表明，适量的Ｗ，Ｍｏ或Ｎｂ能不同程度提高ＮｄＦｅＢ磁体的矫顽力，对剩磁影响不大。显微组织分析表明，矫顽力的提高可归因于晶间ＴＦｅＢ（Ｔ＝Ｗ，Ｍｏ或Ｎｂ）新相的出现。进一步分析表明，晶间微合金化能够有效改善ＮｄＦｅＢ磁体组织与性能。

Nd-Fe-B磁体烧结过程晶粒长大行为的研究

定量描述了Nd-Fe-B磁体烧结过程晶粒长大行为，分析了烧结温度、烧结时间、合金粉末粒度及其分布对烧结过程晶粒长大的影响，讨论了烧结过程晶粒长大机制。在Nd-Fe-B磁体烧结过程开始之后的0—1h时间区段，晶粒长大迅速；随着烧结时间的延长，晶粒长大速度减小。合金粉末平均粒度增大，或者合金粉末粒度分布范围增宽，显著促进Nd-Fe-B磁体烧结过程中晶粒的长大。在Nd-Fe-B磁体的烧结过程中，存在两类晶粒长大机制，即Nd2Fe14B颗粒的溶解与析出、Nd2Fe14B颗粒的并合与长大。Nd2Fe14B颗粒的并合与长大不仅使磁体的平均晶粒尺寸增大，也使晶粒尺寸分布范围增宽，是烧结Nd-Fe-B磁体显微组织中出现异常大晶粒的根本原因。

添加Gd或Ho对烧结Nd-Fe-B磁体结构与性能的影响

添加不同数量的Gd或Ho,制备了(33-x)(Pr-Nd)-xGd-0.2Cu-0.75Al-1.10B-64.95Fe和(33-x)(Pr-Nd)-xHo-0.2Cu-0.75Al-1.10B-64.95Fe(x是质量分数,x=0,1,3,5)烧结磁体,分析了添加Gd或Ho对材料磁性能、温度稳定性及显微组织的影响。结果表明,添加一定量的Gd或Ho,能显著改善材料的温度稳定性;较大幅度提高其内禀矫顽力,但使剩磁略有下降,J-H退磁曲线方形度有了明显的提高;在一定程度上细化了磁体晶粒,使富稀土相分布均匀,减少了孔洞等缺陷,使磁体更加致密。能谱分析表明,Gd或Ho进入Nd2Fe14B主相,对提高磁体的温度稳定性有利,而温度稳定性提高的主要原因是矫顽力的提高。

添加Nb对Nd-Fe-B铸态合金组织及磁体磁性能的影响

对添加 Nb的 Nd- Fe- B铸态合金的结晶状态、磁体的显微组织形貌、磁性能等进行了详细研究。研究发现 :添加 Nb使 Nd- Fe- B铸态合金的片状晶尺寸明显变小 ,Nd- Fe- B磁粉的抗氧化性能提高 ,磁体的晶粒结构均匀一致 ,不含 Nb的 Nd- Fe- B磁体晶粒的大小、形状差异非常大 ,其显微组织呈现出一种类似“团窝”状的结构。这种结构使 Nd- Fe- B磁体的磁性能恶化。添加一定量的 Nb元素后 ,这种“团窝”状结构消失 ,磁体的晶粒更加规则 ,组织结构更加均匀。采用常规的湿法制粉工艺 ,用 Nb含量 (摩尔分数 )为 0 .44%的 Nd- Fe- B合金得到了 ( BH ) max 为336k J/ m3( 4 2 .1 MGOe)的烧结磁体 ,而相同成分的不含 Nb磁体的最大磁能积只有 1 94k J/ m3。

Nd-Fe-B磁体热等静压烧结的实验研究

研究了热等静压烧结对Nd-Fe-B磁体的致密度、显微组织及磁性能的影响.结果表明:与常压烧结磁体相比,热等静压烧结磁体的内部存在较多的孔洞,致密度、晶粒取向度及磁性都有所降低.用加热Ar气热膨胀而产生热等静压进行烧结的办法不适于制造高性能的烧结磁体.

纳米复相Nd-Fe-B磁体永磁材料发展新方向

探讨了纳米复相 Nd- Fe- B磁体的理论依据 ,总结了这种材料的种类、制备工艺以及提高材料磁性能的方法。最后对这种材料的应用前景进行了展望。

添加Al、Mg、W、Mo对烧结Nd-Fe-B磁体磁性能与显微组织的影响

研究了在烧结ＮｄＦｅＢ磁体晶间添加Ａｌ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ等合金元素对显微组织和磁性能的影响。实验结果表明：低熔点合金元素Ａｌ、Ｍｇ能显著提高ＮｄＦｅＢ磁体的矫顽力，略微降低剩磁，对磁体的热稳定性无影响；高熔点合金元素Ｗ、Ｍｏ在不降低剩磁的情况下亦能提高磁体的矫顽力，但效果不如Ａｌ、Ｍｇ明显。显微组织分析表明，在添加低熔点和高熔点合金元素的磁体晶间发现了两种不同的新相。矫顽力的提高可归于晶间新相的出现。进一步分析表明，与传统的合金化相比，对ＮｄＦｅＢ磁体晶间区域进行微合金化是改进ＮｄＦｅＢ磁体组织与性能的一种更为有效的手段。

烧结工艺对Nd-Fe-B磁体结构、磁性能与温度稳定性的影响

应用速凝薄带、氢爆碎技术制备Nd22.8Pr7.8Dy1.6FebalNb0.55Cu0.2Al0.75B1.02烧结磁体。探讨了一步烧结、二步烧结方法对磁体显微组织、磁性能及其温度稳定性的影响。选择合适的烧结工艺制度有利于磁体得到致密、精细、均匀的显微组织,提高磁性能并改善温度稳定性。在本试验条件下,于1338K烧结保持2h,磁体密度达到7.58g/cm3,平均晶粒尺寸为7.4μm,晶粒尺寸分布均匀;其Br、Hcj、(BH)max分别达到1.22T、1753.7kA/m、290.1kJ/m3;当L/D=0.1时,在393K保持2h,其开路磁通不可逆损失仅为0.65%。

热模压Nd-Fe-B磁体变形过程及其模拟研究

Nd-Fe-B快淬磁粉在真空中热压,继续进行不同变形温度和不同应变率的热模压处理。通过分析不同变形温度下的热变形过程中应力-应变率关系,对热模压Nd-Fe-B磁体的热变形行为进行了研究并由此得到了描述热变形过程的关键参数。为了清楚理解晶粒边界滑移和各向异性晶粒长大在变形过程中所起的作用,利用三维有限元软件(DEFORM-F3)对热变形过程进行模拟,得到Nd-Fe-B柱状磁体在变形过程中不同阶段不同区域的有效应变值模拟结果。模拟结果表明:有效应变随磁体压下率的增加而提高,并在磁体中心区域显示了最大应变值,在轴向和径向两个方向由于模具壁与磁体间的摩擦力而减小。磁性能和XRD测试显示剩磁和晶体取向随压下率的增加而得到改善,剩磁在压下率为75%时接近饱和,在80%压下率处达到峰值。有效应变作为c轴取向的依赖因素,在一定程度上反映了热变形磁体的磁性能。

Nd-Fe-B磁体烧结致密化过程的研究

定量描述了Nd-Fe-B磁体的烧结致密化过程,分析了有效稀土含量、合金粉末粒度与烧结致密化过程的关系,讨论了Nd-Fe-B磁体烧结过程的致密化机制。Nd-Fe-B磁体烧结致密化过程可分为3个阶段,即致密化过程迅速进行阶段、缓慢进行阶段、相对稳定阶段;随着烧结温度的上升,第一阶段表现得更为突出,第二阶段对应的烧结时间区段大大缩短。有效稀土含量的提高、合金粉末粒度的减小显著促进Nd-Fe-B磁体烧结致密化过程。主相颗粒重排以及主相颗粒长大与形状适位性变化是Nd-Fe-B磁体烧结过程的两类主要致密化机制,而且后者对于Nd-Fe-B烧结磁体实现完全致密化起着决定性的作用。

热变形温度对纳米晶Nd-Fe-B磁体性能的影响

为了研究纳米晶Nd-Fe-B磁体的热变形机理,在不同温度下对快淬粉进行热压热变形处理。通过分析不同温度下热变形过程中应力和磁体应变的变化,以及磁性能和SEM测试,研究了温度对热变形磁体性能和微观结构的影响,分析了热变形过程的热变形机理。结果表明,纳米晶磁体存在最佳的热压温度和热变形温度。当热压温度为550℃,热变形温度为850℃,磁体的剩磁和磁能积最大值,分别为1.343 T和344.7 kJ/m3。纳米晶Nd-Fe-B磁体的热变形过程塑变应力和温度的关系满足:lnσ∝1/T。

影响烧结Nd-Fe-B磁体退磁曲线方形度的因素

通过分析具有不同退磁曲线方形度的磁体发现,烧结体的显微组织对磁体的方形度有很大影响。磁体中晶粒的异常长大会严重恶化磁体的方形度;晶粒的形状及晶界相等影响到退磁场的大小,进而影响到磁体的方形度;添加元素影响到磁体中的相结构和相分布,对反磁化场的均匀性有所影响。