(MM,Nd)-Fe-B双主相磁体成分对磁性能和微结构的影响

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Nd-Fe-B磁体因其高磁性能、高性价比,被广泛应用,而且用量在逐年增加。由于Nd元素过量消耗会导致与其共伴生La、Ce元素出现积压,造成资源的不合理利用和环境污染等重大问题。混合稀土MM中稀土元素未经分离,高丰度稀土元素La、Ce含量约为80 wt.%。本论文采用混合稀土制备永磁体,将(MM,Nd)-Fe-B合金粉末与Nd-Fe-B粉末混合提高磁体矫顽力,并调整合金中稀土成分控制元素的扩散和分布,进一步优化(MM,Nd)-Fe-B双主相磁体的磁性能。将(MM,Nd)14.2-xFe79.8+xB6(x=0,1,2,2.5)与Nd15Fe79B6粉末按质量比例6:4进行混粉烧结。降低合金(MM,Nd)-Fe-B中稀土MM-Nd含量,磁体总稀土含量降低,磁体剩磁增加。(MM,Nd)14.2Fe79.8B6/Nd15Fe79B6磁体的矫顽力为9.50 kOe但(MM,Nd)13.2Fe80.8B6/Nd15Fe79B6磁体矫顽力降低至6.61 kOe,这是因为(MM,Nd)-Fe-B中MM-Nd含量降低,导致磁体晶间相减少,从而矫顽力下降。进一步降低(MM,Nd)-Fe-B中MM-Nd含量,Nd元素向(MM,Nd)-Fe-B相扩散替代La-Ce增强,因此(MM,Nd)-Fe-B晶粒边界磁晶各向异性场增大。所以MM8.8Nd3.4Fe81.8B6/Nd15Fe79B6双主相磁体矫顽力有所增加,达到7.70 kOe,磁能积为33.67 MGOe,磁体稀土中中混合稀土MM含量MM含量为40 wt.%。研究认为尽管总稀土含量降低,磁体磁晶各向异性场减小,但是磁体局部的各向异性场增加,使磁体的矫顽力增加,可以使烧结磁体矫顽力等磁性能增强。为了进一步提高(MM,Nd)-Fe-B双主相磁体中中混合稀土MM的含量,将MM8.8Nd3.4Fe81.8B6和Nd15Fe79B6按6:4,7:3,8:2,9:1混粉、烧结,制成磁体。随着Nd15Fe79B6在磁体中含量的减少,烧结(MM,Nd)-Fe-B双主相磁体的剩磁、矫顽力和磁能积均降低。但由于Nd15Fe79B6磁晶各向异性场高,双主相磁体仍可具有较高的矫顽力。因此当MM8.8Nd3.4Fe81.8B6和Nd15Fe79B6质量比为8:2时,MM含量约占总稀土量的55 wt.%,磁体Br=12.16 kGs,Hcj=4.57 kOe,(BH)max=29.30 MGOe,保持相对良好磁性能。但随着磁体中Nd15Fe79B6含量的继续减少,Nd15Fe79B6合金提高矫顽力的作用严重减弱,矫顽力降低,磁性能明显下降。为了进一步研究Nd-Fe-B合金中Nd含量对双主相磁体微结构和磁性能的影响,将合金Nd15Fe79B6中Nd原子百分比从15 at.%降低至13.5 at.%。将MM8.8Nd3.4Fe81.8B6和Nd13.5Fe80.5B6按6:4,7:3,8:2,9:1混粉烧结制成磁体。通过MM8.8Nd3.4Fe81.8B6/Nd13.5Fe80.5B6与MM8.8Nd3.4Fe81.8B6/Nd15Fe79B6两种磁体微结构和磁性能对比,发现在MM8.8Nd3.4Fe81.8B6/Nd15Fe79B6磁体中,Nd元素向(MM,Nd)-Fe-B相扩散替代La-Ce更显著,La、Ce元素向Nd-Fe-B主相扩散受到明显抑制,形成更多Nd-Fe-B主相,因此磁性能更好。这进一步说明优化合金成分、调控元素的扩散和分布可更大程度提高磁体磁性能。
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