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随着混合动力汽车(HEV)和纯电动汽车(EV)的发展,低重稀土高矫顽力烧结NdFeB磁体的研究和开发成为人们关注的焦点。本文围绕低重稀土高矫顽力烧结NdFeB磁体,通过优化成分,改进工艺,系统研究了超高矫顽力磁体的磁性能和微结构;并尝试利用双合金方法添加Dy和Cu元素,研究它们对烧结NdFeB磁体矫顽力和微结构的影响。
本文通过设计成分、优化烧结及二级回火工艺,利用重稀土元素Tb的部分替代作用,增大磁晶各向异性场,成功制备出使用温度达200℃的超高矫顽力烧结Nd-Tb-Fe-B磁体,其室温(20℃)磁性能为:Br=11.7kG,Hci=36.1kOe,(BH)m=34.0MGOe,α(Br)(20～200℃)=-0.11％/℃,p(Hcj)(20～200℃)=-0.34%/℃。
为降低磁体的原材料成本,在成功制备Nd-Tb-Fe-B磁体基础上,优化成分、改进工艺,成功制备出温度稳定性良好、不含Tb元素的超高矫顽力烧结Nd-Dy-Fe-B磁体,其室温性能为:Br=11.2kG,Hcj=34.2kOe,(BH)m=31.1MGOe,α(Br)(20～200℃)=-0.11%/℃,β(Hcj)(20～200℃)=-0.38%/℃,平均失重小于0.1mg/cm2(实验条件:130℃、95%RH、2.58atm、168hrs)。此磁体的原料成本与Nd-Tb-Fe-B磁体相比降低约13%。利用SEM、FEG.SEM、TEM等实验分析手段初步研究了回火工艺对Nd-Dy-Fe-B磁体微结构的影响,发现最佳回火工艺可以改善晶界相的微结构,使晶界相连续、光滑,有效地提高回火后磁体的矫顽力。
利用双合金工艺,添加富含Dy元素的辅合金Nd21Dy10Fba1Co1B0.96至主合金Nd31Feba1Co1B0.96中,在磁体剩磁基本保持的情况下,Dy元素通过扩散进入主相,部分替代主相晶粒内部Nd原子的位置,提高晶粒的各向异性场,提高磁体的矫顽力。
采用相同的工艺,将富含Cu元素的辅合金Nd31Fba1Cu10Co1B0.96添加至主合金Nd31Feba1Co1B0.96,发现Cu元素主要扩散到晶界相和主相晶粒的外延层。Cu元素的添加一方面提高了晶界液相在主相晶粒表面的的浸润性,改善晶界相结构;另一方面增强晶粒之间的去磁耦合作用,从而达到提高磁体矫顽力的目的。添加0.6wt.%Cu元素,磁体的矫顽力从9.5kOe提高到14.8kOe。