【摘 要】
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Nd-Fe-B基永磁材料因其优异的磁性能,在新能源汽车、航空航天、电子通信等领域有着广泛的应用。但目前所制备的Nd-Fe-B磁体存在稀土含量高和热稳定性差等缺点,这严重限制了其应用范围的拓宽。特别是近年来混合动力汽车行业的快速发展,对钕铁硼磁体的高温磁性能提出了更高的要求。传统的重稀土掺杂法已被证实对矫顽力的提升与热稳定性的提高颇为有效,但会对稀土资源造成巨大浪费。此外,晶界扩散也可显著提高磁体的
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Nd-Fe-B基永磁材料因其优异的磁性能,在新能源汽车、航空航天、电子通信等领域有着广泛的应用。但目前所制备的Nd-Fe-B磁体存在稀土含量高和热稳定性差等缺点,这严重限制了其应用范围的拓宽。特别是近年来混合动力汽车行业的快速发展,对钕铁硼磁体的高温磁性能提出了更高的要求。传统的重稀土掺杂法已被证实对矫顽力的提升与热稳定性的提高颇为有效,但会对稀土资源造成巨大浪费。此外,晶界扩散也可显著提高磁体的矫顽力,但这种从表面到磁体内部的扩散会导致磁体内部的化学成分不均匀。基于此,本文以具有低稀土含量的纳米复合Nd-Fe-B磁粉为基础,通过与Pr-Cu-Al合金混合后进行短程晶界扩散;随后通过放电等离子烧结技术制备具有高矫顽力的各向同性Nd-Fe-B磁体;最后通过热变形技术成功制备了具有各向异性的Nd-Fe-B磁体。首先将Pr68Cu16Al16合金与纳米复合Nd-Fe-B磁粉混合后进行短程晶界扩散,研究了不同扩散工艺对其微观结构和磁性能的影响。研究发现,低熔点Pr-Cu-Al合金扩散后,磁粉矫顽力有不同程度的提高。在扩散工艺为700℃/1.5 h时,磁粉的矫顽力最高,达24.27 k Oe,较初始磁粉提高了233%,这主要归因于晶间磁隔离效应的增强和主相磁硬化程度的增加。扩散后,磁粉矫顽力机制由交换耦合钉扎型转变为钉扎型。回复曲线研究表明扩散后磁粉的微观结构得到了优化改善。温度稳定性研究发现扩散后磁粉的剩磁温度系数有所改善,矫顽力温度系数不变。但扩散磁粉在400 K的矫顽力仍大于初始磁粉在室温下的矫顽力,这极大拓展了其在高温领域的应用。以扩散后矫顽力最大的磁粉为前驱体,采用放电等离子烧结技术制备了各向同性Nd-Fe-B磁体。研究了不同烧结工艺对磁体微观结构、磁性能和热稳定性的影响。研究发现,对于未添加Pr-Cu-Al合金的磁粉,烧结磁体致密度较低,孔洞较多,磁性能恶化。对于添加Pr-Cu-Al合金的扩散磁粉,烧结磁体呈现了两种具有不同晶粒尺寸的两区结构,即粗晶区和细晶区。且可通过调整烧结工艺,对粗细晶区的宽度和晶粒尺寸进行调控,进而可对磁性能进行优化,最终在烧结温度为650℃时,制备出了矫顽力高达24.13 k Oe的磁体。微结构研究表明,晶间富含Pr、Nd和Cu元素,而Fe元素主要聚集于主相晶粒内部,Al元素则呈现弥散分布。晶间相主要由面心立方结构的稀土氧化物组成,这有利于磁体矫顽力的提高。以矫顽力最大的SPS扩散磁体为前驱体,通过热变形技术成功制备了具有各向异性的Nd-Fe-B磁体,优化了热变形工艺。研究发现,对于未添加Pr-Cu-Al合金的SPS磁体,热变形后仍然为各向同性磁体。对于添加Pr-Cu-Al合金的SPS磁体,热变形后磁体的热塑性变形能力得到明显改善,制得了具有优异磁性能的各向异性磁体。在热变形工艺为700℃/75%/0.00067 S-1时,其具体磁性能为:矫顽力Hci=18.99 k Oe,剩磁Jr=1.08 T,最大磁能积（BH）max=215.13 k J/m~3。微结构研究发现,热变形并未改变磁体晶间相结构及元素冶金行为。
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