热压/热变形RE-Fe-B复合磁体性能与微观结构的研究

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烧结NdFeB由于具有良好的磁性能而被广泛应用。但是当工作温度高于100℃时它的磁性能开始急剧下降,因此高温下的应用受到限制。近些年,电动汽车和混合动力汽车得到了快速的发展。因此如何增加NdFeB磁体的热稳定性能成为研究的热点,本文主要使用了两种方法来改善磁体的热稳定性能。第一种方法是在NdFeB中添加重稀土元素Dy,在磁体内形成具有更高各向异性场的(Nd,Dy)2Fe14B来提高矫顽力,进而提高磁体的热稳定性。第二种方法是制备出PrFeB/PrCo5复合磁体,使得磁体的磁性能和热稳定性能都介于两主相之间。  第一种方法研究了磁体微观结构和磁性能与添加DyHx量之间的关系。采用SPS烧结设备将商业磁粉和DyHx纳米粉的混合粉末烧结获得各向异性磁体。对热变形各向异性磁体进行750℃的退火后,当DyHx的添加量达到1.0wt.%,经750℃退火后的磁体矫顽力相较于未添加磁体增加了66.7%,而剩磁仅降低了3%。为了简化工艺流程和节约能源,我们延长了烧结时间,实验结果表明,未退火处理前掺杂了2.0wt.%DyHx纳米粉的磁体矫顽力相较于未添加磁体增加了44%,与此同时,剩磁仅降低了3.5%。线扫描结果表明,在相区域交界处Dy元素主要分布在主相内部,而在富Nd相中则明显减少。TEM结果表明,在富Nd相与主相之间存在均匀连续的壳层,这个壳层的成分为(Dy, Nd)2Fe14B,这有助于抑制反磁化形核的发生,进而提高磁体的矫顽力。因此添加DyHx能够显著提高磁体的矫顽力。  第二种方法中分别研究了单相PrCo5、单相PrFeB和PrFeB/PrCo5复合磁体的磁性能和微观结构。使用SPS烧结设备获得各向异性PrCo5磁体。实验结果表明,从中心到边缘磁体的性能和微观结构都出现了明显变化。矫顽力从4.34kOe增加到6.56kOe,同时剩磁从8.93kGs降低到7.58kGs。EBSD结果显示,c轴织构从中心到边缘逐渐变弱,这说明在中心处有更大的变形量。进一步分析晶界的取向差角,发现变形磁体的晶界存在大量的Σ13a晶界,这可能与磁体的变形行为有关。变形的PrCo5中晶粒和晶界都出现择优取向。其次热变形制备出各向异性纳米晶PrFeB磁体。在750℃下经70%的变形,磁体的磁能积达到49.1MGOe(达到理论磁能积的96%),矫顽力为20kOe。最后将20wt.%的PrCo5非晶粉末与80 wt.%的纳米晶PrFeB粉末混合,使用SPS烧结的方法制备出PrFeB/PrCo5复合磁体。各向异性磁体的矫顽力、剩磁和磁能积分别为16.5kOe、11.9kGs和29MGOs。PrFeB/PrCo5复合磁体的XRD结果表明主要存在着PrFeB相和PrCo5相,同时还存在少量的Pr(Co1-xFex)3相。热压磁体的居里温度为720K,热变形磁体的居里温度增加到850K。平滑的退磁曲线、单一的居里温度点和PrFeB/PrCo5复合磁体的回复曲线测试结果表明,在PrFeB和PrCo5之间存在很强的交互作用。新相Pr(Co1-xFex)3的产生是由于PrFeB和PrCo5两主相扩散造成的。
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