难熔金属Ti对Nd_2Fe_（14）B/α-Fe系纳米双相磁粉的影响

【摘要】纳米晶双相复合永磁合金是一种引人注目的新型永磁合金,这类合金结合了硬磁相高磁晶各向异性和软磁相高饱和磁化强度等优点,通过纳米尺度下两相间的磁交换耦合作用获得高的综合磁性能。理论预计纳米复合永磁材料的磁能积高达1MJ/m3高于目前发现的任何一种单相永磁材料。这类材料还具有稀土含量低,化学稳定性好的特点,因此,它具有很高的实用价值,将有良好的应用前景。本文首先确定了轮速对于三元Nd8Fe86B6纳米双相磁粉的影响。主要分析了不同轮速(10-30m/s)制备的快淬薄带中微观组织(包括初始晶粒大小以及非晶相含量)对晶化后性能的影响。Nd8Fe86B6合金在18m/s下得到的快淬样品晶化后的性能相对最优。当轮速过低时,快淬态初始晶粒过大导致晶化后性能难以提高；而当轮速过高时,作为异质形核的基底的a-Fe微晶比例减小,形核率的降低使得a-Fe容易发生异常长大,性能破坏。由此可以认为,最佳轮速下的快淬薄带应该满足两个条件：初始晶粒较小,非晶含量较少。接着,作者研究了Ti含量对纳米双相磁粉的影响。首先在同一轮速18m/s下得到了名义成分为Nd8Fe86-xTixB6(x=0-2)的五组不同成分快淬薄带,对比相应的XRD结构变化,发现Ti能够很大程度的提高材料的非晶形成能力。之后利用DSC分析了五组快淬薄带的晶化过程,发现未添加Ti样品的晶化为直接从非晶相中析出Nd2Fe14B相以及a-Fe相,而添加Ti后使得样品晶化过程转变为首先析出具有TbCu7结构的Nd2Fe17Bx(x=0-1)亚稳相。而在晶化后发现,Ti添加量的提高,明显的提高了样品的矫顽力,剩磁与最大磁能积先提高后下降,在Ti=1.5at.%时获得最佳磁性能。最后由热磁结果分析认为,Ti是以原子团簇的形式分布在晶界处,起到了明显的细化晶粒的作用,使得两相之间的交换耦合作用增强,性能提高,但Ti是非磁性元素,添加量不易过多。最后,作者对添加Ti后出现的亚稳相的析出过程及其影响进行了具体的分析。作者首先利用同一成分Nd8Fe84.5Ti1.5B6的母合金在不同轮速下得到了不同非晶含量的快淬薄带。通过DSC结果发现,随着轮速的提高,非晶相含量的增多,晶化过程进一步由之前发现的两步完成转变为三步完成。之后将晶化过程不同的四组薄带进行不同温度的退火急冷,得到了相应的结构以及性能变化。结果相关文献,确定了三步晶化过程为析出亚稳相Nd2Fe17Bx,亚稳相与非晶相发生包析反应得到Nd2Fe14B相,亚稳相Nd2Fe17Bx分解为2：14：1及a-Fe两相。最后借助晶化激活能的计算,解释了两步晶化反应样品的性能优于三步晶化反应样品的原因。其中,在14m/s的轮速下制得的成分为Nd8Fe84.5Tii.5B6的快淬薄带性能最优,剩磁Br=8.1kGs,矫顽力Hcj=6.4kOe,最大磁能积(BH)max=9.7MGOe.
【作者】刘宇超；
【导师】李红卫；于敦波；
【作者基本信息】北京有色金属研究总院，材料科学与工程，2014，硕士
【关键词】纳米双相永磁；快淬；晶化退火；元素添加；亚稳相；

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