离子混合稀土MM-Fe-B基磁体的制备、组织结构与磁性能研究

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Nd-Fe-B类稀土永磁材料的快速发展,导致Pr、Nd、Dy、Tb等稀土元素消耗巨大,而高丰度稀土La、Ce、Y的应用并没有受到足够重视,处于市场积压状态。这种稀土资源的不平衡利用,造成了稀土资源浪费严重。其次稀土提纯工艺复杂,对环境污染严重。因此,出于原材料成本和国家战略角度考虑,使用混合稀土制备稀土永磁材料势在必行。本论文利用离子型稀土矿的典型代表—龙南稀土矿,通过熔体快淬和放电等离子烧结技术,制备了纳米晶MM-Fe-B(MM,Misch-metal)基合金与磁体,并深入研究了其磁性能、微观结构、热稳定性与成分之间的关系。首先,采用熔体快淬技术,制备了纳米晶MM-Fe-B基合金,通过改变La/Ce、Pr/Nd之间的比例,优化合金成分。结果表明,随着La/Ce含量的增加,矫顽力和剩磁逐渐下降。Henkel曲线的结果表明,La/Ce和Pr/Nd比例变化对合金的交换耦合作用没有明显的改变。在La/Ce和Pr/Nd为自然比时,合金平均的回复磁导率最小,为1.33×10-4 H/m,表明在自然比状态下的合金在周期性的反向磁场中具有更强的抵抗外磁场干扰的能力,此时的性能为Hcj=598 kA/m,Jr=0.83 T和(BH)max=102 kJ/m3。其次,确定合金La/Ce和Pr/Nd比例后,通过改变稀土含量进一步优化合金成分。结果显示,随着MM含量的增加,条带的矫顽力呈现一个增强趋势,而剩磁基本呈现下降趋势。在MM2.2Fe14B条带中,剩磁不降反升,这归因于强的晶间交换耦合作用。随着稀土含量的增加,热稳定性逐渐恶化,合金热稳定性的变化主要与主相中稀土含量的分布有关。在合金成分为MM2.2Fe14B时,获得最优的综合性能为:Hcj=899 kA/m,Jr=0.87T和(BH)max=116 kJ/m3。最后,在上述性能最优的合金为基础上,通过放电等离子烧结制备了各向同性的纳米晶MM-Fe-B基磁体。厘清了烧结温度对纳米晶磁体的相组成、微观结构和磁性能之间的关系。结果表明,随着烧结温度增加,磁体中的孔隙率减少,磁体的致密度显著改善。最优的烧结工艺为700℃/50 MPa/5 min,磁体具有较高的致密度以及相对较小的晶粒尺寸,磁体最优综合磁性能:矫顽力Hcj=525 kA/m,剩磁Jr=0.76 T,最大磁能积(BH)max=82 kJ/m3。本论文系统研究了离子型混合稀土制备纳米晶MM-Fe-B基磁体的成分、结构和磁性能的关系。这一成果对利用离子型混合稀土制备永磁材料研究与开发具有重要的学术价值和实际意义。
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