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具有交换耦合作用的NdFeB双相复合永磁材料,以其较高的磁性能引起重视,如何制备低稀土含量且性能优异的NdFeB双相复合永磁材料是目前永磁材料研究方向之一。本文采用熔体快淬法制备出Nd8.5Fe84.5-xNb0.5Zr0.5B6Cux(x=0,0.5,1)三种不同Cu含量的双相复合永磁材料,随后使用DSC、XRD和VSM等方法研究了制备工艺参数和Cu元素的添加对NdFeB双相复合永磁材料显微结构和磁性能的影响。
三种的合金快淬速度较大时,快淬条带主要由非晶相组成,晶化过程中形核质点减少,需要克服很大的形核激活能才能形核,致使形核率较低,部分晶粒异常长大,不利于磁性能的提高。当快淬速度较慢时,条带中含有部分先结晶相α-Fe和Fe3B等,在晶化过程中易于长大、粗化,减少软、硬磁相之间的交换比例,影响合金的磁性能。当合金的快淬速度较合适时,合金条带中有适当的结晶相,在晶化退火时可以作为形核的质点,增大形核率同时阻碍晶粒的长大,获得细小均匀的晶粒结构,提高合金的综合磁性能。对于不同Cu含量的合金都有不同的最佳淬速与之对应,Nd8.5Fe84.5Nb0.5Zr0.5B6合金与Nd8.5Fe84Nb0.5Zr05B6Cu0.5合金20m/s快淬时磁性能最佳,而Nd8.5Fe83.5Nb0.5Zr0.5B6Cu1合金则25m/s时磁性能较好。
本文重点研究了晶化工艺对条带结构和磁性能的影响。晶化温度过高或者晶化时间过长,在晶粒能充分析出但同时也造成晶粒尺寸过大,其比表面积减小,同时易于一些反磁畴的形核,则软、硬磁相之间的交换耦合作用减弱,使合金的磁性能降低。但晶化温度过低或者晶化时间过短,合金非晶相晶化不完全,同时软、硬磁相析出数量较少。非晶相的存在,阻碍软、硬磁相之间的交换耦合作用,影响合金的磁性能的提高。不过对于不同Cu含量的合金,获得最佳磁性能的晶化工艺参数有所不同。Nd8.5Fe84.5Nb0.5Zr0.5B6合金在750℃晶化退火8min后磁性能较佳,其最大磁能积(BH)m=137.21 kJ/m3; Nd8.5Fe84Nb0.5Zr0.5B6Cu0.5合金在730℃晶化退火20min磁性能较优,其最大磁能积(BH)m=103.72 kJ/m3;而Nd8.5Fe83.5Nb0.5Zr0.5B6Cu1合金在730℃晶化退火15min磁性能较好,其最大磁能积(BH)m=93.71kJ/m3。
同时也研究了Cu元素的添加对合金磁性能的影响。通过研究发现,添加Cu元素不利于合金综合磁性能的提高。尽管Cu元素的添加,能促发α-Fe相的形核,但在晶化过程中先析出相易于长大、粗大,同时不利于硬磁相的析出,且Cu易于偏聚在软、硬磁相之间,阻碍交换耦合作用,降低合金的磁性能。