機械合金化制備納米復合永磁材料及其磁性能研究.pdf

1、納米復合永磁材料是指由兩種不同磁性的納米磁性相通過晶粒間的交換耦合作用形成的一種新型磁性材料?；趦煞N結構完整的磁性相在納米尺度內的交換耦合作用，材料出現明顯的剩磁增強效應和單相鐵磁性特征。研究這類具有交換耦合作用的復合永磁材料對開發(fā)下一代永磁材料具有重要意義。
　　本論文以硬/軟磁性相（Sm-Co/α-Fe和Nd-Fe-B/α-Fe）、硬-硬磁性相(Sm-Co/Nd-Fe-B)為對象，系統地研究了①機械合金化制備納米復合Sm-C

2、o/α-Fe永磁材料的工藝參數對微觀結構及其磁性能的影響;②添加Co、Ti、Dy、Tb元素對機械合金化制備納米復合Nd-Fe-B/α-Fe永磁材料的微觀結構及磁性能影響;③通過球磨-熱處理方式制備具有剩磁增強效應和高溫磁性穩(wěn)定的納米雙硬磁性相Sm-Co/Nd-Fe-B復合永磁材料，并分析了雙硬磁性相在納米尺度下的交換耦合作用。
　　在機械合金化法制備納米復合Sm-Co/α-Fe永磁材料的研究中，通過XRD、SEM和TEM分析，研究

3、了機械合金化過程中硬磁性相SmCo5和軟磁性相α-Fe微觀組織結構特征演變。研究表明:隨著球磨時間的延長，粉末內的晶面和位錯迅速增加，晶粒迅速細化，硬磁性相SmCo5在球磨1h內細化到5nm，并開始非晶化，軟磁性相α-Fe在球磨2h后晶粒細化到5nm并保持穩(wěn)定，球磨時間是影響納米復合永磁材料晶粒大小的重要參數。通過SQUID磁性能分析，磁滯回線表明:納米復合SmCo5/α-Fe永磁材料，隨著球磨時間的延長，矯頑力逐漸降低，磁化強度逐漸提

4、高，其原因是SmCo5中的Co與軟磁性相Fe通過擴散效應形成了新的，具有更高磁化強度的FeCo相。通過DSC以及XRD分析，解釋了球磨過后處于非晶態(tài)Sm-Co/α-Fe晶化過程，在525℃，Sm、Co元素晶化形成六方CaCu5型晶體結構的SmCo5硬磁性相，并以此確定了最佳晶化溫度。XRD分析及SQUID磁性測量結果表明:隨著熱處理溫度的升高，SmCo5晶粒尺寸變大，磁性能降低。在確定最佳球磨時間(4 h)和最佳熱處理溫度(525℃)的

5、前提下，研究了軟磁性相含量α-Fe對磁性能的影響，結果表明:當軟磁性相占硬磁性相30wt.％時，磁能積達到139 kJ/m3，比同等條件下單相SmCo5高30％。
　　研究了添加Co、Ti、Dy、Tb元素對機械合金化制備納米復合Nd-Fe-B/α-Fe永磁材料的微觀結構及磁性能影響。首先，電弧熔煉了名義成分為Nd15Fe79-xCoxB6(x=0～50)的合金，通過機械合金化法，將上述硬磁相合金與軟磁相α-Fe復合，然后進行溫度為

6、550℃、時間為30 min的晶化熱處理，并通過XRD、TEM對相結構進行表征，SQUID進行磁性能測試。研究表明:硬磁相中Co的添加可顯著提高剩磁比和矯頑力，其原因是添加Co，增強了軟-硬磁兩相間的交換耦合作用，通過優(yōu)化硬磁相中Co含量和軟-硬磁相的含量比例，當合金成分中Co含量x=15時，Nd2(FeCo)14B/α-Fe的最大磁能積高達167.1 kJ/m3。以此為前期基礎，熔煉了名義成分Nd12Fe82-xCoxB6(x=0～3

7、0)，Nd12Fe62Co20-xTixB6(x=0，2.5，5.0)，Nd13Tb2Fe79-xCoxB6，Nd13Dy2Fe79-xCoxB6的硬磁性相合金，并通過機械合金化的方法與不同含量的軟磁性相α-Fe復合。利用XRD和TEM，表征分析了Ti，Tb，Dy添加元素對Nd-Fe-B/α-Fe復合磁體的微觀結構影響作用。研究發(fā)現Ti促進形成了微結構細化、分布均勻的TiB2。通過SQUID磁性能測量表明，TiB2的存在利于增加晶粒間的

8、交換耦合作用，使得磁體中軟硬磁相間的交互作用增強，但Ti不易過量，TiB2的過量形成，消耗硬磁性主相，從而使得磁性能降低。在納米復合Nd-Fe-B合金中摻雜Tb可在晶界形成Tb-Fe-B沉淀相，抑制晶粒生長，使晶粒細化，增強軟硬磁性相之間的交換耦合相互作用。Dy的添加形成(Nd，Dy)2Fe14B增強了磁晶各向異性，磁性能測試結果表明，雖然Dy和Tb的添加均利于增加磁體的內稟矯頑力，但會降低磁化強度，不利于最大磁能積的提高。
　　

9、為了填補Sm-Co系永磁材料的耐高溫特性和Nd-Fe-B永磁材料高磁化強度而低耐高溫特性之間的空白，通過機械合金化及晶化熱處理工藝制備雙硬磁性相納米復合SmCo5/Nd2Fe14B永磁材料。納米復合SmCo5/Nd2Fe14B永磁材料由磁晶各向異性相對較高的1∶5型Sm-Co相與飽和磁化強度較高的Nd2Fe14B相在納米尺度下復合而成，通過在高溫度下的交換耦合作用得到磁性能提高。XRD、SEM、TEM分析了機械合金化及晶化熱處理過程中的

10、微觀組織結構變化，通過優(yōu)化機械合金化工藝參數，克服了SmCo5與Nd2Fe14B磁體成形工藝路線的不同，并有效控制和減少了元素間的擴散作用。當SmCo5/Nd2Fe14B成分比例在1∶0.4時，獲得了最大磁能積111.4 kJ/m3，比單相SmCo5高20％。隨后研究了其在高溫下的磁性能，M-T曲線表明SmCo5/Nd2Fe14B成分比例在1∶0.3的納米復合磁體在600℃仍具有剩磁提高，居里溫度Tc高達700℃，在50～600℃范圍內