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热压/热变形工艺具有工艺简单、温度低、时间短、可近终成形等特点,已成为制备高性能NdFeB材料研究中一个重要的技术手段,特别是在辐射取向和多极取向磁环及纳米双相复合磁体制备方面具有独到之处。但是热变形磁体还存在结构不均匀,磁性能不够高等问题,因此研究热变形过程的特点,优化热压/热变形工艺和成分,对于生产和应用十分重要。本文研究了纳米晶磁体热变形的机理,以及热变形磁体结构的特点,在改进热压/热变形工艺和微量元素的含量方面优化了工艺条件和材料成分,同时研究了工艺条件和微量元素对纳米晶热变形磁体的影响。一些关键数据为后续的热压/热变形双相纳米复合永磁材料的研究提供了有意义的参考。
本文的实验方法是通过改变工艺参数(热压温度,热压压力,热变形温度,热变形速率,以及变形量等)和添加微量元素(Ga,Fe粉,Cu粉,Zn粉等)研究工艺和微量元素对纳米晶热变形磁体的影响,并使用三维有限元模拟软件对纳米晶磁体的热变型过程进行了模拟分析,较详细的研究了热变形过程中纳米晶热变形磁体应力分布和结构的不均性,并通过实验进行了验证。
本文得出的结论如下:
1、热变形工艺参数特别是温度对磁体的微观结构和磁性能产生较大的影响。热压温度的升高会使压坯晶粒平均尺寸增大,导致磁体塑性变形能力变差,而不同的热变形温度将对织构形成过程产生直接的影响。本文得出了最佳工艺条件。不同热变形温度下纳米晶磁体应力σ随时间的变化说明纳米晶磁体的热变形过程属于塑性变形过程,其应力σ和温度T的关系满足方程:1nσ∝1/T
2、微量元素Ga的添加促使HDDR磁粉热变形磁体的微观结构得到改善,因而能够很好的改善HDDR磁粉热变形磁体的磁性能;在快淬粉中添加Cu粉可以一定程度上改善磁体的性能;添加Zn粉,Dy2O3粉能够在一定范围内提高热变形磁体的矫顽力。添加的粉末都分布纳米磁体层状结构的层间边界上,由边界向内部扩散。
3、由模拟分析得出Nd-Fe-B热变形磁体晶粒的有效应变率沿c轴从磁体样品中心部分向两端呈抛物线衰减。这说明了热变形磁体结构的不均匀性源于模压下流变的不均匀性。由模拟可知,热变形磁体中心有73%的区域晶粒取向度较好,由该区域得到的磁体具有较高并且稳定的磁性能。