热压/热变形钕铁硼永磁材料制备技术(2)

Finally, the effect of the addition of a low melting point alloy Pr-Cu on the magnetic properties was studied in this experiment. The results show that the coercivity of thermally deformed magnets is increased from 15.77kOe to 23.39kOe by adding 10 wt.% Pr-Cu. The concentration area of liquid phase in the magnet becomes more and the grain boundary thickens. Heat treatment can effectively make the Pr-Cu spread evenly and can be made to a higher amount of mixed-powder magnets without sticking to the mold.

Keywords hot pressing and hot deformation; MQU-F powder; Pr-Cu; grain boundary diffusion; coercivity

1绪论1

1.1稀土永磁材料概述...1

1.2永磁材料的磁参量...3

1.3晶界扩散...4

1.4选题意义及研究内容.5

2实验内容与方法..7

2.1实验方法...7

2.2表征分析方法...8

3添加Pr-Cu的MQU-F快淬磁粉液相扩散实验.10

3.1热处理工艺对磁性能的影响..10

3.2不同变形温度对热变形磁体的性能及微观结构的影响16

3.3不同液相掺杂量对热变形磁体的性能及微观结构的影响..20

3.4本章小结..24

结论.25

致谢.27

参考文献.28

1绪论

自进入21世纪以来，能源问题已经成为全球的焦点问题，永磁材料作为能源的产生和输送等过程中必不可少的功能材料，在其中扮演着十分重要的角色。同时，永磁材料广泛应用在电力、汽车等迅速发展的行业，是科学技术的重要物质基础，深深影响着我们的生活。一个国家的家庭平均使用永磁材料量已经成为一个国家文明与发达程度的标志之一[1]。随着人类进步的发展需要，永磁材料将在未来得到更好的发展。

1.1稀土永磁材料概述

永磁材料在人类历史上的应用已经超过1000年，指南针（司南）作为中国的四大发明之一是其最重要的证明[2]。最初的永磁材料只能被制备成一些特殊的形状，如针状，棒状或者U形状。铝镍钴永磁合金是20世纪最重要的一项发明之一，由Mishima教授在1931年发明，但这种永磁材料也需要被制备为棒状或者U形状才能够满足材料在器件上的使用[3]。其主要原因是由于磁体矫顽力太低，退磁场太大导致材料的形状受到了限制[4]。1951年，永磁材料的应用在形状上的限制由Philips公司打破。

1951年，Philips公司发明了一种新的永磁材料体系，铁磁性的六方结构的铁氧体。由于这种磁性材料的矫顽场高于材料的自发磁化强度的二分之一，退磁场对磁化强度的影响减小，这种磁性材料可以被制备为各种形状的永磁材料，消除了由于材料的形状限制给磁性材料的应用带来的障碍。铁氧体材料的发明为我们的生活带来了极大的便利，直到今天仍然为人类社会做着贡献，但是永磁铁氧体材料的剩磁很低，磁能积也相应的较低，为了达到器件小型化对材料性能的要求，寻找更高磁性能的永磁材料也势在必行。随着科技的发展，一种新材料的发明，打开了磁性材料的另一扇门。

1966年，一种具有CaCu5结构的稀土永磁材料SmCo5由K.J.Strnat等人发明，此后，科研工作者将永磁材料的研究热点转移到稀土永磁材料上[5]。新发明的SmCo5永磁材料的各向异性常数为K1=17.2MJ/m³以及饱和磁化强度为Ms=860kA/m，具有六方的GaCu5结构，磁性能远远高于铁氧体永磁材料，这是第一代永磁材料。随着人们对于永磁材料产品磁能积要求的提高，科研工作者开发出了一种新型的稀土永磁材料。这就是具有六方Th2Ni17结构或斜方六面体Th2Zn17结构的Sm2Co17稀土永磁材料，被称为第二代稀土永磁材料，相比第一代拥有更高的饱和磁化强度。优化后的Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7-8烧结磁体具有更优异的性能，饱和磁化强度s=0.97MA/m，各向异性常数K1=4.2MJ/m³，最高磁能积也达到了260kJ/m³。李东等研究人员率先在国内开展了稀土永磁材料的研究，并取得了优异的成果。然而由于Sm-Co系永磁材料使用了大量的Co元素，由于其含量少，只占地球上铁含量的两千分之一，因此不可避免的导致了Co元素价格高昂。相反，铁在地球中的含量非常丰富，在室温条件下，铁的饱和磁化强度在所有金属中最高，达到了Ms=1.72MA/m。然而由于铁的矫顽力较低，不具有硬磁特性，不可能获得高的磁能积。因此科研工作者开始将眼光投向了富铁的具有单轴各向异性的稀土-铁基化合物。由于稀土-铁基两相化合物稳定性较差，需要引入杂质原子来获得稳定的稀土铁基化合物。1982年，Croat以及Sagawa研究组相互独立研发出了具有四方相的钕铁硼的2：14：1相永磁材料[6-7]。Croat等利用快淬法制备出了纳米晶的Nd2Fe14B粉末，商业上被命名为MAGNEQUENCH。Sagawa等采用传统的金属粉末冶金法制备出Nd2Fe14B磁体。自此对该新型的永磁体开展了大量的研究工作[8]，从此永磁材料进入了第三代稀土永磁材料的时代，直到今天仍然对人们的生活起着重要的作用。新的永磁材料的理论饱和磁化强度1.61T，理论磁能积达到65MGOe，磁晶各向异性场达到了6.7T，目前实验室已经制备出了磁能积为59MGOe的烧结磁体，非常接近其理论值[9]。图1.1是20世纪以来磁能积发展史和具有相同磁能积的各类永磁体大小对比示意图。热压/热变形钕铁硼永磁材料制备技术(2):http://www.chuibin.com/wuli/lunwen_205409.html