基于电泳沉积及其晶界扩散优化的烧结Nd-Fe-B磁体微观结构和性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yongren803
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烧结Nd-Fe-B磁体因其优异的综合磁性能而被广泛应用于航空航天、仪器仪表、电子通讯、医疗卫生及新能源等高精尖领域。与理论值相比,烧结Nd-Fe-B磁体较低的矫顽力和温度稳定性一直制约着烧结Nd-Fe-B磁体应用领域的拓宽。传统掺杂重稀土元素虽能提高磁体的矫顽力,但该方法对稀土资源耗费巨大且性价比低。为此,本文首先采用简单高效的电泳沉积(EPD)方法在烧结Nd-Fe-B磁体表面沉积Al和Dy2O3膜,然后经过晶界扩散(GBD)技术制备出综合磁性能优异的烧结Nd-Fe-B磁体。本文首先采用电泳沉积技术在烧结Nd-Fe-B磁体表面沉积不同粒径的单质Al膜,获取了不同粒径Al粉的最优电泳沉积及其晶界扩散工艺。研究结果表明:2μm Al粉电泳沉积的最佳工艺为90 V/60 s;500 nm和50 nm Al粉电泳沉积的最优工艺为90 V/30 s。最佳工艺下,三种粒径Al膜与磁体结合情况良好,且厚度均匀适中。由于小尺寸效应和表面与界面效应的综合作用,不同粒径Al膜有着不一样的最佳晶界扩散工艺,其中2 μm和500nm Al膜磁体在550℃退火1h时获得的综合磁性能最佳,矫顽力分别为926 kA·m-1和967 kA·m-1,提高了26.5%和32.1%。50 nm Al膜磁体在500℃退火1 h时获得最佳综合磁性能,其矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为 953 kA.m-1、1.41 T 和 342kJ·m-3,分别提升了30.2%、0.7%和 11.4%。显微结构和成分研究发现,晶界扩散后,磁体内部晶间富稀土相从大块团聚状演变为更为平直光滑的薄层状,有助于降低退磁场和增强磁隔离效应,最终导致矫顽力的提高。温度稳定性研究发现,Al膜扩散后磁体的剩磁温度系数α和矫顽力温度系数β的绝对值均有一定程度降低,表明扩散后磁体的温度稳定性有所提高。Dy2O3粉末电泳沉积及其晶界扩散研究发现,其最优电泳沉积工艺为90 V/30 s,该工艺下Dy2O3膜层与磁体结合情况较好,膜层平整均匀。800℃退火6h并经500℃回火1 h晶界扩散后,磁体获得的综合磁性能最佳,其矫顽力、剩磁和最大磁能积分别为:934 kA·m-1、1.41 T和349 kJ·m-3,较原始磁体分别提高了 27.6%、0.7%和13.7%。微观结构和成分分析发现,晶界扩散前后,晶间富稀土相由团聚状演变为均匀分布的条带状。同时,Dy元素进入富稀土相后形成核为Nd2Fe14B,壳为(Nd,Dy)2Fe14B相的“核壳”结构。两者的共同作用导致矫顽力提高明显。温度稳定性测试发现,扩散后磁体的温度稳定性得到有效提高。电化学腐蚀试验发现,经晶界扩散后Dy2O3膜层变得更为致密且牢固,磁体的耐腐蚀性能得到有效提高。
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