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热压热变形工艺是制备全密度各向异性NdFeB磁体的有效手段之一,尤其适合制备电机用NdFcB辐向环。目前对适合热压热变形工艺的具有高变形取向能力的快淬粉的研究以及对热压热变形磁体力学各向异性尤其是辐向环开裂机理的分析仍需更进一步的探索。另外,稀土资源的匮乏和不可再生性使得其回收利用成为世界性的课题之一。本文通过成分和工艺的优化,研制出了适合热压热变形工艺的快淬粉并获得了最优的热压热变形工艺参数,阐明了热压热变形磁体热流变行为的物理机制;基于晶界扩散原理,引入低熔点金属纳米Cu粉,改善了热变形磁体的力学性能并深入分析了其机理;研究分析了成分对NdFeB辐向环开裂行为的影响;系统研究了热变形磁体的氢碎行为,提出了制备各向异性纳米晶钕铁硼磁粉的方法,为高性能粘结磁粉的制备以及稀土资源的重复利用提供了新的思路和方法。
研究了晶化状态、成分对快淬粉在热变形过程中的取向能力、磁体织构形成能力的影响。分析表明,快淬速度V≤12.5m/s时,快淬带完全晶化,晶粒较大,不利于热变形过程。V≥15m/s,DSC曲线上出现晶化峰,这可归因于快淬带与铜辊的接触时间较短,冷却不足,导致快淬带晶化不够充分。最佳快淬速度为20m/s。Nd含量对热变形磁体的微观结构以及磁性能的影响起决定性作用。当Nd≤29wt％时,磁体在塑性形变过程中缺少液相,容易发生开裂。由于形变不够充分,磁体内部等轴晶、片状晶以及异常生长的晶粒共存,晶粒取向混乱。Nd含量≥30wt%,磁体在热变形过程中,部分液相易挤出磁体表面,导致磁体内部流变应力的方向发生变化,使得磁体内部富钕相的分布受到严重影响,形成旋涡状织构,磁性能较低。实验中获得的最佳钕含量为29.5wt%。
利用商业磁粉,深入研究了热压热变形工艺对磁体微观结构、取向度以及磁性能的影响,优化了热压热变形工艺参数。研究发现,当热变形温度TD≥860℃时,磁体的片状晶迅速长大,导致磁性能降低;当TD≤760℃时,磁体中的液相熔化不充分,流变能力不足,磁体在压力的作用下容易发生开裂。当保温、保压时间t≥140 s时,磁体中的部分晶粒出现异常长大,退磁曲线的方形度较差;当t≤60s时,磁体中的液相流动不够充分,磁体未彻底完成形变过程,边缘易出现裂口。实验结果表明,当TD=860℃,t=130s时,热变形磁体的微观织构比较理想,形成各向异性的片状晶层状织构,磁性能达到最优:Br=13.44kGs,Hcj=14.79kOe,(BH)max=46.03MGOe。
研究了添加低熔点纳米晶Cu粉对热压热变形磁体的形变能力、磁性能及力学性能的影响。分析表明,由于低熔点纳米Cu粉的添加,磁体的晶界处出现了非磁性Cu2Nd相,该相润滑了晶粒的边界,并且在磁体的形变过程中起到了液相作用,促进了热变形磁体良好织构的形成,提高了磁性能。此外,Cu2Nd相的韧性优于富钕相的韧性,因此磁体的抗弯强度增强。当Cu的添加量为0.4叭%时,磁体的磁性能达到最优:Br=14.11kGs,(BH)max=49.07MGOe。通过添加0.5wt%的Cu,热变形磁体的抗弯强度达到270Mpa,弯曲应变达到0.032,二者均提高了30%以上。
系统研究了两种具有代表性成分的热变形辐向环A(NdFeCoGaB)和B(NdFeB)的开裂机理。通过对热压热变形磁体a轴、c轴方向热膨胀系数的测量,阐明了辐向环的开裂原因及裂纹生长机制。成功解释了A环的裂纹易沿着圆周方向生长,B环的裂纹易沿着轴向生长的现象。分析表明,A环的c轴热膨胀长度是a轴热膨胀度的3倍,因此其开裂行为主要归因于热膨胀的各向异性。B环沿着两个方向的热膨胀长度差别较小,各向异性可以忽略。所以,其开裂行为主要是由于辐向环在冷却过程中,内、外表面的冷却速度不一致造成的。
研究了热压热变形磁体的氢碎行为,探索了将热压热变形工艺与氢爆工艺相结合制备各向异性纳米晶钕铁硼磁粉的方法。分析表明,吸氢温度对破碎后的颗粒微观结构及磁性能影响较大。当吸氢温度TH≥883K时,晶粒迅速长大,导致矫顽力较低;当TH≤473K时,氢的活化相对较低,磁体吸氢不充分,不利于破碎过程的进行。研究表明,当TH=723 K时,颗粒呈现出较好的各向异性,Br＞11.4kGs,Hcj=9.97kOe,(BH)max=22.96MGOe。