热压Nd-La-Y-Fe-B磁体的微观结构与磁性能研究

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钕铁硼(Nd-Fe-B)基稀土永磁材料以其优异的内禀性能获得广泛应用,过度消耗了Pr,Nd,Dy,Tb等关键稀土(Rare earth,RE)元素;而高丰度稀土元素(La,Ce,Y)长期处于市场积压状态。稀土资源的不平衡利用制约了稀土产业的可持续发展,高丰度稀土永磁的研发是实现稀土资源平衡利用的有效途径。与Nd与Fe及B所形成的Nd2Fe14B主相及其晶间富RE相对比,高丰度轻稀土La、Y所形成的RE2Fe14B主相和第二相的热稳定性、相组成和微量元素的冶金行为等均与前者不同。为此,本论文通过熔体快淬和热压烧结技术制备了热压Nd-La-Y-Fe-B合金与磁体,研究了合金与磁体的磁性能、晶间相互作用、显微组织结构和元素冶金行为等方面的内容。具体研究内容如下:(1)通过La元素取代制备了(Nd1-xLax)13Fe81B6(at.%)(x=0-0.5)永磁合金,研究了合金的磁性能、相组成、晶间相互作用以及微观结构随La取代量变化规律。结果表明,合金的磁性能随着La取代量的增加略有降低,但取代量为40 at.%合金的磁性能不再恶化,(Nd0.6La0.4)13Fe81B6磁性能为:剩磁Jr=0.76 T,矫顽力Hci=630 kA/m,最大磁能积(BH)max=97 kJ/m3。与30 at.%La取代量的合金相比,40 at.%La取代量的合金中软磁Fe3B相含量降低,硬磁RE2Fe14B主相体积分数有所增加,有利于改善合金的磁性能。此外,(Nd0.6La0.4)13Fe81B6合金晶粒尺寸细小且分布范围窄,具有更均匀一致的微观结构。(2)研究了[(Nd0.6(La1-xYx)0.4]13Fe81B6(at.%)(x=0-0.8)快淬合金的磁性能、相组成、晶间磁相互作用以及微观结构。当x≤60 at.%时,随着Y含量增加,合金的磁性能略有改善;而x=0.8时的合金磁性能降低,x=0.6合金具有最优综合性能:Jr=0.80T、Hci=654 kA/m、(BH)max=107 kJ/m3。这主要是由于Y2Fe14B的内禀磁性能略高于La2Fe14B,可改善合金的磁性能。[(Nd0.6(La0.4Y0.6)0.4]13Fe81B的合金具有更为均匀一致的微观结构,晶间交换耦合作用增强,并且该合金居里温度增大,高温矫顽力也略有改善,热稳定性增强。(3)采用热压烧结技术制备了Nd-La-Y-Fe-B永磁体,并研究了热压烧结工艺、磁性能、微观结构和稀土元素冶金行为之间的内在关系。760℃/100 MPa/5 min烧结工艺下制备的磁体具有较高的致密度和较为均匀一致的微观结构,磁性能为:Jr=0.61 T、Hci=313 kA/m、(BH)max=47 kJ/m3。热压磁体中富RE相易于分布在粉末边界处,有利于改善磁体的致密度。随着烧结温度的增加和压强的增大,粉末边界处稀土含量明显增加。与稀土Nd元素相比,La元素更易于分布在粉末边界处,而Y元素较稳定存在于粉末内部。
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