快速凝固纳米晶镧铈替代钕铁硼合金永磁性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hunterfall_horse
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永磁材料作为一些装置中必不可少的组成部分,已经在扬声器、硬盘和风力发电等领域得到了广泛的应用。迄今为止,NdFe B永磁仍然是性能最好的室温永磁材料。但是,NdFeB永磁高温性能较低,昂贵的稀土元素Nd、Pr、Dy等导致磁体的成本增加。因此,本论文瞄准于开发高性能低成本的钕铁硼永磁材料,主要研究了廉价的La和Ce元素单独和复合取代稀土元素Nd熔体快淬单相和纳米复合(Nd1-xMx)yFe94-yB6(M=La,Ce,LaCe;x=0-0.7;y=10,12)磁体以及[Dy1-x(La0.5Ce0.5)x]10Fe84B6磁体的磁性能、微观组织、特征温度、矫顽力机制和交换耦合效应的影响。同时研究了Co替代Fe对[(NdDy)(La/Ce)]FeB合金室温磁性能和热稳定性的影响。论文还探讨了磁性能变化的物理机制。首先分析了不同La部分替代Nd的NdFeB合金室温磁性能。研究发现,10%La取代Nd和5%La取代Nd有利于提高纳米复合磁体和单相磁体的磁性能。其中前者的磁性能可达到:剩磁106 emu/g、最大磁能积138 kJ/m3、矫顽力465 kA/m,后者可达到:剩磁104 emu/g、最大磁能积(BH)max=151 kJ/m3和矫顽力721 kA/m。并且发现La取代也降低了磁体的居里温度和自旋重取向温度。对于部分Ce取代的NdFeB合金,研究表明,随着Ce替代Nd量的增加,纳米晶单相和纳米复合合金的剩磁、磁能积和矫顽力下降。但是,20%Ce取代纳米复合磁体的矫顽力发生了反常的增加,导致磁性能有一定程度的改善,磁性能达到:剩磁99 emu/g、最大磁能积103 kJ/m3和矫顽力392 kA/m。对于单相合金,Ce取代磁体的磁性能随着取代量增加逐渐降低的主要原因是Ce2Fe14B相的各向异性场低于Nd2Fe14B相在La0.5Ce0.5复合取代Nd的纳米复合磁体中,也可以获得较好的磁性能。x=0.1磁体的磁性能为剩磁114 emu/g、最大磁能积147 kJ/m3和矫顽力471 kA/m。其中10%La或者La0.5Ce0.5取代Nd磁体的矫顽力表现出反常的增加。对比La0.75Ce0.25和La0.25Ce0.75替代的NdFe B合金,Ce替代导致更严重的磁性能下降,La更有益于合金的磁性能。作为对比,也研究了La0.5Ce0.5取代Dy元素的快淬[Dy1-x(La0.5Ce0.5)x]10Fe84B6合金。结果表明,30%La0.5Ce0.5取代Dy的磁体获得了最佳的磁性能:Hcj=714 kA/m,(BH)max=43kJ/m3。此外,研究还发现,La0.5Ce0.5取代Nd和Dy磁体的高温性能和矫顽力机制都有所不同。其中La0.5Ce0.5取代Nd的磁体的矫顽力机制更偏向于钉扎机制,而La0.5Ce0.5取代Dy的磁体更偏向于形核机制。通过对不同取代(La、Ce或者LaCe)磁体磁性能随温度的变化研究发现,磁体的居里温度TC和自旋重取向温度TSR都有所降低。纳米晶合金的TSR低于常规的微米晶合金。TEM结果显示了La0.5Ce0.5混合取代磁体的晶粒细小,分布均匀,这也是它剩磁增强的原因。研究了磁体的Henkel曲线,回复曲线和磁导率以分析磁体的交换耦合作用。结果显示,10%La取代Nd的纳米复合磁体和5%La取代Nd的单相磁体的纳米晶间的交换耦合作用也有所增加。最后,研究了Co取代Fe元素对富Nd和单相的磁体中磁体磁性能的影响。研究发现,磁体的剩磁、矫顽力和饱和磁能积都随着Co含量的上升而降低;但Co替代导致居里温度增加,从而改善La、Ce替代合金的热稳定性。采用La0.5Ce0.5取代Nd和Dy的磁体在300-400 K范围内具有较低的矫顽力温度系数和剩磁温度系数。本论文研究表明,在快淬钕铁硼磁体中,采用低成本的La或Ce元素部分取代Nd元素,通过成分优化,可以在降低纳米晶钕铁硼永磁成本的基础上,可以保持较好的磁性能。Co替代Fe可以进一步改善这类磁体的高温性能。
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