稀土鐵系塊體非晶合金的制備與性能研究.pdf

1、作為一種新型的磁性材料，鐵基塊體非晶合金已經(jīng)被成功應(yīng)用于高頻變壓器鐵芯和傳感器等領(lǐng)域。然而，由于鐵基非晶合金的玻璃形成能力較低，制備出的鐵磁性非晶合金尺寸普遍較小，且僅能在少數(shù)幾個(gè)體系中可以制備出，使其工程應(yīng)用受到了極大的限制。因此，開(kāi)發(fā)具有高玻璃形成能力的新型鐵基塊體非晶合金對(duì)擴(kuò)大其應(yīng)用范圍具有重要意義。另外，采用銅模噴鑄結(jié)合晶化退火的方法是制備稀土鐵系塊狀納米復(fù)合磁體的新工藝，具有制備過(guò)程簡(jiǎn)單、生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)，目前正在向高性能化和

2、大尺寸方向發(fā)展。本文基于銅模噴鑄技術(shù)，通過(guò)元素合金化成功開(kāi)發(fā)出了大尺寸的稀土-鐵基系列塊體非晶磁性材料，對(duì)其熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)、磁性和力學(xué)性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。在此基礎(chǔ)上，采用一步退火處理工藝開(kāi)發(fā)出兼具大尺寸和高性能的Nd-Fe系納米復(fù)合永磁體，探討了晶化處理對(duì)磁體的顯微組織和磁性能的影響規(guī)律。主要結(jié)果如下：
　　 在Fe72Mo4B24三元合金的基礎(chǔ)上，分別進(jìn)行稀土元素Dy和元素Co合金化，開(kāi)發(fā)出具有良好軟磁性能的Fe-Mo-B-D

3、y和(Fe，Co)-Mo-B-Dy塊體非晶合金，通過(guò)Dy、Co元素的添加，將Fe72Mo4B24非晶臨界尺寸從65μm提高到了3 mm。Dy、Co元素的添加使合金結(jié)構(gòu)更符合Inoue提出的非晶合金設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)三原則，從而提高了合金的非晶形成能力，動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果顯示，添加Dy、Co元素后，合金的晶化激活能較Fe72Mo4B24合金有很大的提高，表明適量Dy、Co的添加能有效地提高Fe-Mo-B合金體系的熱穩(wěn)定性和抗晶化能力。新開(kāi)發(fā)的Fe-M

4、o-B-Dy和(Fe，Co)-Mo-B-Dy塊體非晶材料兼具良好的磁性能和力學(xué)性能，直徑為2 mm的(Fe72Mo4B24)96Dy4非晶合金棒的室溫飽和磁化強(qiáng)度Ms為78.81 Am2/kg，矯頑力為0.4 kA/m；[(Fe0.7Co0.3)72Mo4B24]94Dy6非晶合金的抗壓強(qiáng)度和硬度分別達(dá)3540MPa和1185 kg/mm2。
　　 基于銅模噴鑄和晶化退火工藝，成功制備出Nd9Fe65B22Mo4、Nd5Fe64

5、823Mo4Y4和Nd7Fe67B22Mo3Zr1等系列塊體納米復(fù)合材料，并獲得了較好的永磁性能。尺寸為1×5×40 mm3的Nd9Fe65B22Mo4塊體非晶晶化后由軟磁性變?yōu)橛泊判?，?jīng)983 K退火10 min，其磁能積(BH)max可達(dá)50.2 kJ/m3，矯頑力iHc達(dá)920.7 kA/m，剩磁Br達(dá)0.56 T。在此合金體系的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)Y和Zr元素合金化均可進(jìn)一步提高非晶形成能力，得到了直徑超過(guò)2 mm的Nd5Fe64B23

6、Mo4Y4和Nd7Fe67B22Mo3Zr1的完全非晶態(tài)合金。此外，經(jīng)晶化處理后的合金的硬磁性能進(jìn)一步提高，Nd5Fe64B23Mo4Y4非晶前驅(qū)體在1013 K保溫10 min后，(BH)max提高至57.3kJ/m3，Br提高至0.6 T，iHc仍可達(dá)到764.2 kA/m；Nd7Fe67B22Mo3Zr1非晶前驅(qū)體在1013 K保溫10 min后，iHc提高至1110.4 kA/m，剩磁和磁能積仍可保持在Br=0.53 T和(BH

7、)max=49.5 kJ/m3。經(jīng)XRD結(jié)構(gòu)分析及TEM觀察，發(fā)現(xiàn)晶化后磁體中析出了軟磁性相α-Fe，F(xiàn)e3B和硬磁性相Nd2Fe14B，同時(shí)軟硬磁相晶粒大小在納米量級(jí)且晶粒分布均勻，實(shí)現(xiàn)了較好的軟磁相和硬磁相間的交換耦合作用。
　　 系統(tǒng)研究了Nd9Fe65B22Mo4和Nd5Fe64B23Mo4Y4等塊體非晶合金的結(jié)構(gòu)和磁性能隨熱處理溫度的變化規(guī)律。磁體的剩磁、矯頑力和最大磁能積都隨退火溫度的升高先升高后減小。當(dāng)退火溫度較低