Nd-Ni基体系合金结构及其吸波性能的研究

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为了解决电磁波污染和电磁防护的问题,微波吸收材料的开发和应用受到了科研人员的广泛关注。本文采用真空电弧熔炼、高能球磨等工艺制备了一系列Nd-Ni基合金微粉,通过XRD、SEM、VSM、VNA等设备对其合金相组成、粉体颗粒、磁性能和电磁参数进行检测,利用Matlab、Origin等软件模拟其反射损耗。研究了稀土元素、磁性元素、非金属元素的添加对Nd-Ni基合金微粉吸波性能的影响。本论文不仅成功制备出优质吸波材料,对相关吸波材料性能的改进也有着一定的参考价值。CexNd1-xNi5合金微粉球磨后颗粒为片状,且表现出明显的铁磁性。随着Ce的加入,粉末的饱和磁化强度(Ms)先减小,后增大。不同Ce含量合金粉末的有效吸收峰(RL≤-10 d B)均出现在C波段(4~8 GHz)。Ce0.7Nd0.3Ni5粉末在6.64 GHz处反射损耗达到最低,吸收峰为-40.73 d B,吸收频段为6.17~1.28 GHz,频宽为1.1 GHz。既拥有较低反射损耗,又拥有较大的有效频宽。PrxNd1-xNi5合金粉的反射损耗峰值随着Pr的添加逐渐向低频方向移动。在厚度为2.1 mm时,Pr0.3Nd0.7Ni5合金粉末反射损耗的频段最低,出现在6.64 GHz处,反射损耗可以达到-32.28 d B。可见轻稀土Pr的适当添加,有利于改善PrxNd1-xNi5合金粉的吸波性能。球磨后DyxNd1-xNi5合金粉的颗粒呈现片状结构并且随着Dy含量的添加,粉体颗粒逐渐细化。DyxNd1-xNi5合金微粉的吸收峰随着Dy含量的的添加逐渐向低频方向偏移。其中,Dy0.2Nd0.8Ni5和Dy0.4Nd0.6Ni5合金粉末分别拥有最宽的吸收带宽和最低的反射损耗。综合实验表明,轻稀土和重稀土的添加都能够起到调节合金微粉吸波性能的作用。NdNi5-xFex合金粉中,随着Fe元素的增加,合金晶体面间距有所增加。球磨后的合金粉末颗粒呈片状结构并且表现出显著的铁磁性。随着铁含量的增加,材料的磁化强度(Ms)增加,矫顽力(Hc)减小。厚度为2.2 mm时,NdNi4.9Fe0.1的综合性能最好,反射损耗在7.36GHz处达到最大,为-29.29 d B,有效带宽为1.29 GHz。该合金在C波段的应用具有良好的应用前景。NdNi5-xCox合金中,饱和磁化强度(Ms)同样随着Co含量的增加而增加。但其反射损耗的变化趋势却不同于NdNi5-xFex合金粉末,随着Co含量的增加NdNi5-xCox的反射峰逐渐向高频方向移动,厚度为2.1 mm时,NdNi4.7Co0.3的反射损耗在9.17 GHz处达到-33.17 d B,频宽达到1.55GHz,在X波段(8~12 GHz)表现出良好的吸波性能。NdNi5-xCx合金由NdNi5相组成,C元素的添加会导致使晶格体积减小。球磨后粉体呈片状结构,随着C含量的增加,合金颗粒逐渐变小、变薄。随着C含量的增加,NdNi5-xCx合金粉的饱和磁化强度、矫顽力和磁晶各向异性都变小。随着C含量的增加,NdNi5-xCx合金粉末的反射峰向高频方向移动。C元素的添加可以有效扩展NdNi5C1-x合金粉末的吸收频宽。厚度为2.1 mm时,NdNi4.7C0.3的反射损耗在8.55 GHz处达到-39.55 d B,有效频宽达到1.51GHz。NdNi4.5C0.5合金粉末在8.93 GHz处出现吸收峰,峰值为-19.59d B,有效频宽达到1.54GHz。另外,C元素的添加可以改善合金的阻抗匹配特性。
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