化学镀制备Nd2Fe14B/α-Fe双相复合永磁体及其性能的研究

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Nd2Fe14B/α-Fe双相复合磁体因软硬磁性相晶粒间存在交换耦合作用而表现为单相磁化行为,且其稀土含量少、价格便宜、使用温度高,具有很高的潜在应用价值。但是实际制备的Nd2Fe14B/α-Fe复合磁体中软硬磁性相晶粒的微观结构与理论相差较大,导致其磁性能较低。化学镀可以在硬磁相Nd2Fe14B的表面均匀地包覆一层软磁相α-Fe。因此,本文采用化学镀在硬磁相Nd2Fe14B磁粉上镀覆软磁相α-Fe,制备Nd2Fe14B/α-Fe复合磁粉;随后在Nd2Fe14B/α-Fe基础上用化学镀法插入Cu和Ag层,制备Nd2Fe14B/Cu-α-Fe、Nd2Fe14B/Ag-α-Fe复合磁粉。通过对比发现插入Cu层后复合磁体的磁性能优于插入Ag层的复合磁体。最后采用热压/热变形技术制各不同Cu含量的Nd2Fe14B/Cu-α-Fe各向异性复合磁体。并采用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计等设备检测了复合磁体的相组成、微结构和磁性能。获得的主要结论如下:  1.采用化学镀直接制备出的复合磁粉为Nd2Fe14B/Fe2O3,因Fe2O3为非磁性相,导致Nd2Fe14B/Fe2O3磁性能较差。在600℃、650℃和700℃对Nd2Fe14B/Fe2O3进行氢(10 Vol.%H2+90Vol% Ar)还原退火处理,制备出Nd2Fe14B/α-Fe复合磁粉。并且发现650℃氢还原退火处理时复合磁粉获得较佳磁性能:Hc=7.4 kOe,(BH)max=5.5 MGOe。但是与硬磁相Nd3Fe14B相比,复合磁体的最大磁能积有所下降。经化学镀和650℃氢还原退火处理,在Nd2Fe14B/α-Fe中插入Cu和Ag层制备出Nd2Fe14B/Cu-α-Fe和Nd2Fe14B/Ag-α-Fe复合磁粉,发现cu插入层对矫顽力的提高效果优于Ag插入层。  2.由复合磁粉的矫顽力机制分析可知,化学镀制备的Nd2Fe14B/α-Fe复合磁粉在不同温度退火处理后,其矫顽力以钉扎机制为主。但实际制备复合磁体的退磁曲线均出现塌腰,说明硬磁相Nd2Fe14B和软磁相α-Fe晶粒没有形成理想的交换耦合相互作用。采用LLG微磁学模拟验证了上述实验结果。并且由Henkel曲线可以发现,经过氢还原退火处理,Nd3Fe14B/Cu-α-Fe中软硬磁性相晶粒之间亦存在交换耦合相互作用。  3.选取Nd2Fe14B/Cu-α-Fe复合磁粉,采用热压/热变形工艺制备的不同Cu含量块体复合磁体。发现随着铜含量的增加,磁体的变形量和密度均增加。说明Cu可以促进热压/热变形过程中磁粉颗粒的变形,有利于磁体的致密化。且其心部变形量最大,从心部沿径向和轴向,样品的变形量逐渐变小。  4.对于不同Cu含量的块体复合磁体,经过后续的渗Nd处理,磁体的矫顽力均有不同程度提高。当Cu含量为1wt.%时,矫顽力提高最大,由125 Oe增加到1546 Oe。但是复合磁体的饱和磁化强度均出现不同程度的降低,这是因为Nd为非磁性相,进入磁体后,使得磁体整体的饱和磁化强度降低。
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