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PrNd-Ce-Fe-B/PrNd-Fe-B烧结永磁体磁性能的研究

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摘要

烧结PrNd-Fe-B永磁体由于其良好的磁性能得到广泛的应用,同时也促进了相关领域科学技术的发展。中国是世界生产稀土永磁体第一大国,而且稀土资源丰富,但是大规模的生产和广泛应用导致了稀土开发的不平衡,造成大量的Ce金属被积压。由于Ce-Fe-B相对于PrNd-Fe-B的各向异性较低,所以Ce-Fe-B的矫顽力相对于PrNd-Fe-B也较低,这就导致了含Ce磁体使用的局限性,同时烧结含Ce磁体的工艺要求较高,这些因素对制备低成本资源节约型含Ce磁体造成了很大的困难。为了深入了解含Ce磁体的组织结构和磁性能,本论文研究了在不同烧结工艺下随着Ce取代量的增加对磁体显微组织形貌与磁性能的影响,并对含Ce磁体磁性能的反常变化现象进行了探讨,同时在此基础上进一步优化磁体成分制备出磁性能较高的富Ce稀土永磁体。
  本文使用双主相法将(PrNd)15Fe77B8粉末与(PrNd)5Ce10Fe77B8粉末按一定比例混合,制备出Ce含量不同的烧结磁体,研究不同含量的Ce对磁体磁性能与微观结构的影响。用Ce元素取代磁体中的PrNd会造成磁体的最大磁能积与矫顽力的下降,但是趋势并非单调下降,在Ce取代少量PrNd后,磁体的最大磁能积与矫顽力下降明显,随后在成分(PrNd)12Ce3Fe77B8出现了矫顽力与最大磁能积的回升现象,(PrNd)12Ce3Fe77B8磁体的最大磁能积达到Ce元素取代后的最佳,(PrNd)11Ce4Fe77B8磁体的矫顽力达到Ce元素取代后的最大值。随后继续增加Ce元素的含量,磁体的最大磁能积与矫顽力在此基础上持续下降。对微观结构的研究表明, Ce元素的取代会影响磁体的显微组织形貌,磁体中富稀土相出现大量团聚,进而导致了磁体性能的下降。同时发现Ce元素的分布更加倾向于富集在晶界相中,磁体中Ce元素的加入还会使磁体整体取向度变差。
  为了研究矫顽力出现的反常变化,同时研究含Ce磁体的最佳工艺,采用单合金工艺制备了相同Ce含量的磁体。单合金法制备的磁体在矫顽力变化与元素分布方面表现出了与双主相法制备的磁体相似的规律。进一步对单合金法制备的磁体进行居里温度与各向异性场的检测后发现,居里温度与各向异性场均单调下降,因此矫顽力出现的反常现象主要原因在于晶界相对其的作用。对比使用不同工艺制备的含Ce磁体发现,双主相法制备的磁体在Ce取代量较高(Ce/PrNd原子比大于4/11)时,最大磁能积与矫顽力均优于单合金法所制备的相同成分的磁体。例如:双主相法制备的(PrNd)8Ce7Fe77B8磁体具有20.79 MGOe的最大磁能积与5.09 kOe的矫顽力,比单合金法制备的(PrNd)8Ce7Fe77B8最大磁能积提升了11.5%,矫顽力提升了36.7%。对两种工艺制备的磁体显微组织形貌进行研究,发现双主相法制备的磁体相对于单合金法制备的磁体主相轮廓更加明显,晶界相更加清晰均匀。
  为进一步提高富Ce磁体的磁性能,将磁体的稀土含量适当降低,采用双主相工艺同时优化实验条件制备了 Nd13.5-xCexFe80B6.5磁体,磁体磁能积得到提高。其中Nd9Ce4.5Fe80B6.5磁体的最大磁能积为30.05 MGOe,矫顽力为7.115 kOe;Nd6.3Ce7.2Fe80B6.5磁体最大磁能积为26.16 MGOe,矫顽力为4.305 kOe。这些磁体可以满足中低端低成本稀土永磁市场的需求。

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