(Nd0.4Pr0.6)9Fe85-xTaxB6纳米复合磁体微结构与磁性能研究

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Nd2Fe14B基纳米复合永磁材料因其在低稀土元素用量的前提下具有超高的理论磁能积而受到国内外学者的广泛关注。然而,由于实际制备磁体的微结构不能满足理论模型的要求,从而导致诸如磁能积、矫顽力等磁学参量的值远低于其理论极限。因此,如何进一步调控其微结构,从而制备出具有优异综合磁性能的纳米复合磁体已成为人们所普遍关心的话题。基于上述研究背景,本论文采用熔体快淬技术,系统研究了 Ta元素添加对(Nd,Pr)2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁体的微结构、磁性能及矫顽力机制的影响,以期对具有高矫顽力、高磁能积和较好热稳定的纳米复合永磁体的制备提供一些参考,具体的研究分析如下。采用熔体快淬技术制备(Nd0.4Pr0.6)9Fe85-xTaxB6(0≤x ≤ 2)纳米复合永磁体,探究了 Ta元素含量对复合磁体微结构和室温及高温磁性能的影响。研究发现,Ta元素能抑制α-Fe软磁性相的形成,促进2:14:1硬磁性相的增加。当x从0增至2,α-Fe的体积分数从26.2%减少至17.5%,2:14:1的体积分数从73.4%增至82.5%。Ta元素能够细化软、硬磁性相的晶粒尺寸。x=2时,软、硬磁性相的晶粒尺寸分别为12.3 nm 和 17.4 nm,其明显小于 x=0 时的 dα-Fe=22 nm 和 d2:14:1=34.3 nm。随着 Ta 含量的增加,矫顽力单调递增,其值从x=0时的6.1 kOe增至x=2时的10.4 kOe,增幅高达70%;而剩磁在x=0.5时略有增加,此后随Ta含量的进一步增加而减小;因此,在x=1时获得最佳磁性能,Hci=7.5 kOe,(BH)max=23.4 MGOe。Ta元素的添加能够增强磁体的热稳定性,在27-175℃的温度范围内,磁体的矫顽力温度系数从x=0 时的-0.350%℃-1 提高至 x=2 时的-0.329%℃-1。通过测试初始磁化曲线、小磁滞环曲线和Henkel曲线,探究了熔体快淬技术制备的三种不同成分的(Nd0.4Pr0.6)9Fe85-xTaxB6(x=0,1,2)纳米复合永磁体的矫顽力机制,结果表明,三种成分磁体的矫顽力机制均为钉扎机制,但却与理想的钉扎模型有着一定的区别,其为不均匀的畴壁钉扎机制。Ta元素的添加有利于钉扎场的增强,复合磁体矫顽力的大小由磁体的钉扎场决定。
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