Nd9.5Fe84B6.5-xPx快淬纳米复合永磁体的微结构与磁性能研究

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纳米复合永磁材料由高矫顽力的硬磁相和高饱和磁化强度的软磁相构成,理论预测其最大磁能积可达100 MGOe,是颇有发展潜力的下一代永磁材料。理论模型要求该磁体同时具备晶粒细小(尤其是软磁相晶粒小于10nm)和硬磁相沿易轴择优取向的特点。但是,由于实际制备的磁体的微结构达不到理论模型的要求,导致实际获得的最大磁能积远低于理论值。而添加合金元素、改变工艺参数是改善磁体的微结构,提高磁性能的重要手段。因此,本文采用熔体快淬技术,以Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复合永磁材料为研究对象,以改善磁体的微结构、提高磁性能为目的,系统地研究了P元素和快淬工艺对Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁体微结构和磁性能的影响。  探究了P元素对Nd9.5Fe84B6.5-xPx快淬纳米晶复合永磁体微结构和磁性能的影响。研究发现,P元素的添加增强了磁体的织构、细化了晶粒,当P元素含量为x=0.1 at%时,永磁薄带自由面中硬磁相的织构 I(004)/I(220)=5.62,比未添加P时的硬磁相织构提高了190%;软、硬磁相的晶粒尺寸分别由不加P时的19 nm和41.6 nm细化至17 nm和30 nm。增加P含量,Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复合永磁体中硬磁相的 (00l)织构增强,但晶粒粗化。当P含量增加至x=0.3at%时,磁体自由面中硬磁相织构达到最大值58.5。其中,Nd9.5Fe84B6.4P0.1磁体获得面内方向最好性能,其(BH)max=21.6 MGOe,Hc=6.2 kOe,Br=11.7 kG,比无P添加的磁体的最大磁能积提高了6.7%。  研究了快淬速度和熔体温度两个工艺参数对Nd9.5Fe84B6.4P0.1快淬纳米复合永磁体微结构和磁性能的影响。研究发现,随着转速的增加,软、硬磁相的晶粒尺寸逐渐减小,而硬磁相的(00l)织构先减弱后增强。在17 m/s的快淬速度下得到面内方向磁性能最佳的磁体,其(BH)max=20.6 MGOe,Hc=6.4 kOe,Br=11.5 kGs。在该转速的基础上进一步调控熔体温度发现,随着熔体温度的升高,磁体的晶粒先减小后增大。在熔体温度为1300℃时,磁体的晶粒尺寸最小,磁性能最佳,其(BH)max=25.1 MGOe,Hc=6.2 kOe,Br=12.0 kG。
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