【摘 要】
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烧结Nd-Fe-B磁体是一种重要的磁功能材料,在各类电机、消费电子及医疗设备中得到了广泛应用。近些年来,随着烧结Nd-Fe-B磁体在节能电机和智能手机中应用的快速发展,磁体的高性能化和小型化对其力学性能的要求提高,磁体在加工成薄小产品、充磁、服役等过程中的开裂问题受到了关注。本文针对烧结Nd-Fe-B磁体力学性能差的问题,对其断裂行为开展了研究,在分析磁体断裂机制及关键影响因素的基础上,通过晶界调
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烧结Nd-Fe-B磁体是一种重要的磁功能材料,在各类电机、消费电子及医疗设备中得到了广泛应用。近些年来,随着烧结Nd-Fe-B磁体在节能电机和智能手机中应用的快速发展,磁体的高性能化和小型化对其力学性能的要求提高,磁体在加工成薄小产品、充磁、服役等过程中的开裂问题受到了关注。本文针对烧结Nd-Fe-B磁体力学性能差的问题,对其断裂行为开展了研究,在分析磁体断裂机制及关键影响因素的基础上,通过晶界调控对改善磁体的力学性能进行了探索。论文研究了烧结Nd-Fe-B磁体的断裂行为。论文以多种特征烧结Nd-Fe-B磁体,即不同工艺制备的磁体（铸锭-机械破碎-球磨工艺、速凝铸片-氢破-气流磨制粉工艺、双合金工艺）、不同性能的磁体（高剩磁磁体、高矫顽力磁体）以及富Ce磁体作为研究对象,综合分析了这几种磁体的断口形貌、断裂方式、断裂位置及断裂处的微区相结构、微区组织、微区成分,发现这几种磁体的断裂皆以沿晶断裂为主,裂纹主要位于主相与薄层富Nd相的界面处、以及主相晶粒界耦处的三角晶界相内,断口处部分主相晶粒表面无富Nd相覆盖,部分主相晶粒表面附着有富Nd相,不同磁体的主相与薄层富Nd相的界面错配度在60%-90%之间,这种高的错配度有可能是导致裂纹沿相界面断开的主要原因。论文研究了晶界扩散对烧结Nd-Fe-B磁体晶界结构的调控作用及其对抗弯强度和断裂行为的影响。分别用磁控溅射金属单质（Tb）和铺覆低熔点合金（Pr-Cu、Pr-Tb-Cu、Pr-Tb-Cu-Al）作为扩散源,对商业牌号为N52和52M的磁体进行晶界扩散处理,研究了扩散处理之后这些元素所引起的晶界相、晶界组织、两相之间的晶格错配度的变化以及对磁体磁性能、力学性能和断裂行为的影响。研究结果表明,晶界扩散Pr-Cu合金后磁体的抗弯强度明显提高,Cu元素主要分布在晶界,主相与薄层富Nd相界面错配度明显下降;晶界扩散Tb单质、Pr-Tb-Cu合金、Pr-Tb-Cu-Al合金后的磁体抗弯强度明显下降,Tb元素进入主相晶粒形成富Tb壳层,这种富Tb壳层是磁体矫顽力提高的主要原因。实验观察到,Tb单质、含Tb合金、含A1合金扩散之后,靠近磁体表层部位的主相晶粒主要表现为穿晶断裂,并且随着扩散深度的增加,穿晶断裂逐渐减少,分析认为这是由于Tb和Al元素进入主相产生了晶格内应力引起的,这也可能是导致晶界扩散Tb单质、Pr-Tb-Cu合金、Pr-Tb-Cu-Al合金后磁体抗弯强度下降的原因。论文研究了纳米颗粒对烧结Nd-Fe-B磁体力学性能和断裂行为的影响。将少量纳米TiC颗粒与Nd-Fe-B气流磨磁粉混合,经过取向压型、烧结与回火处理后,发现纳米TiC颗粒弥散分布于界耦晶界相内,使得界耦处晶界相得到强化,磁体抗弯强度明显提高。论文还研究了 C元素对烧结Nd-Fe-B磁体抗弯强度和断裂行为的影响。通过改变粉末改性添加剂用量调控烧结后磁体中的C元素含量,发现磁体的抗弯强度随C元素增加而提高。组织结构及成分分析表明,C元素与Nd元素形成Nd2C3相,分布于界耦晶界相内,是磁体抗弯强度提高的主要原因。
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