热变形和烧结钕铁硼磁体晶界扩散技术研究

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NdFeB永磁在如今工业领域中的应用范围不断地拓展,这对磁体的磁性能,尤其是矫顽力和高温下的稳定性也提出了更高的要求。同时,磁体中稀土的大量使用也使得磁体的成本成为了不得不考虑的问题。晶界扩散技术正是在这一背景下提出的一种可以有效提高磁体矫顽力,同时相对节约成本的技术。最近几年关于晶界扩散技术的研究也一直是NdFeB永磁研究中的重点。本论文中,以热变形磁体、烧结废料磁体和商用烧结磁体分别作为扩散基体,使用不同的扩散介质和扩散工艺,实现了矫顽力的提升。同时,对扩散过程中磁体微观组织的变化进行了相应的表征,并探讨了磁体性能与微观组织的关系。主要的研究内容与结论如下:首先研究了热变形NdFeB磁体的成型工艺和晶界扩散工艺。发现使用不含Pr但含Zr、Nb的磁粉(MQP-02)制备的热变形NdFeB磁体,比使用含Pr但不含Zr、Nb的磁粉(MQP-01)制备的热变形磁体具有更强的矫顽力。研究表明,MQP-01磁粉富稀土相的流动性明显较强,这使磁体更容易形成c-轴取向,但也导致富稀土相的偏聚情及晶界相的厚度减薄。这些因素使得MQP-01磁粉制备的热变形磁体具有较强的局部退磁场和较弱的钉扎场,并导致了矫顽力的降低。研究了Tb70Cu30原位扩散和不同方法扩散Pr40Tb30Cu30合金对热变形NdFeB磁体性能和微观组织的影响。发现含有重稀土Tb的扩散介质可以有效提高磁体的矫顽力,这主要是由于Tb元素极易进入主相中形成各向异性场更强的(Tb,Nd)2Fe14B相。此外,对扩散后磁体的取向度、微观形貌以及元素分布也进行了详细的分析,并探讨了其中的关系和机理。其次,利用晶界扩散技术提高了烧结NdFeB废料的磁性能。对N35生产线上产生的烧结NdFeB废料使用Pr40Tb30Cu30合金进行晶界扩散后,磁体的矫顽力从763 k A/m提高至1287 k A/m,且剩磁没有出现明显的降低。发现在扩散过程中,Pr元素的扩散深度远大于Tb元素,但Tb更倾向进入主相形成(Tb,Nd)2Fe14B相。同时,原始磁体中所含的Nd、Ce和Gd元素则向磁体表面进行扩散,且被Tb元素替换的倾向依次减弱。此外,研究还发现晶界扩散后的磁体耐腐蚀性出现了一定程度的降低,这可能是由于扩散过程引入了新的元素,提高了磁体表面的电化学活性。最后,研究了非稀土金属和合金晶界扩散对NdFeB组织和性能的影响。以N50商用烧结磁体作为扩散基体,研究了Zn、Al、Cu及其合金的扩散对磁体性能和微观组织的影响。发现Al元素的扩散可以小幅提升磁体的矫顽力,这可能与Nd2(Fe,Al)14B相的形成有关。而Zn元素在高温(800 oC以上)条件下进行扩散时,会进入主相并严重破坏磁性能。如果降低扩散温度,Zn元素可以实现沿晶界的扩散,但热处理工艺本身对磁体的磁性能有明显的降低作用。Cu元素相比Al和Zn元素的扩散效果是最不明显的,同时也没有发现其对矫顽力存在积极的影响。本论文研究了利用不同扩散介质晶界扩散对不同的NdFeB基体的影响,并分析了介质扩散行为以及微观组织-磁性能的关系。相关工作对丰富扩散介质的选择以及进一步发展晶界扩散技术工艺提供了有价值的参考。
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