超大塑性变形对a-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶结构的调控

利用控制熔体快淬技术制备含有一定量a-Fe纳米晶的Nd-Fe-B非晶合金，研究超大塑性变形中压力、扭转圈数、扭转速率等工艺参数对含有一定量纳米晶的非晶基体室温纳米化的影响。利用正电子淹没技术等研究超大塑性变形作用下含有一定量纳米晶的非晶Nd-Fe-B合金室温双相纳米化的机制。研究室温双相纳米化对随后退火过程中晶化相晶化行为、复合纳米晶微结构和磁性能的影响。采用X射线衍射和透射电子显微镜等现代分析技术研究超大塑性变形结合热退火制备的a-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶永磁材料的微结构均匀性和纳米晶取向生长及其与磁性能的关系。.本项研究将通过复合纳米晶微结构均匀化和晶体取向生长的控制来进一步提高a-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶永磁材料的磁能积。

本项目研究了超大塑性变形下含有一定量纳米晶的非晶Nd-Fe-B三元合金室温大面积双相纳米晶化及其对随后退火过程中α-Fe和Nd2Fe14B相晶化行为、α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶微结构和磁性能的影响。通过α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶结构的调控和实现晶体取向生长制备出高性能块体永磁材料。在非晶合金Nd9Fe85B6中引入少量α-Fe相造成非晶合金化学成分的起伏，经超大塑性变形后室温诱导大面积复相纳米晶化，形成晶粒尺寸~7.4 nm的高密度(~1024 m-3) 的α-Fe/Nd2Fe14B复相纳米晶。形成的α-Fe和Nd2Fe14B纳米晶降低了两相的晶化温度，改变了其晶化行为，α-Fe纳米晶的生长激活能Eg=0.7 eV，Nd2Fe14B的生长激活能Eg=1.1 eV。α-Fe和Nd2Fe14B相Eg/En≥1表明其易成核难长大，这是形成细小α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶的关键。与直接退火非晶合金Nd9Fe85B6相比，超大塑性变形含有少量α-Fe相的Nd9Fe85B6非晶合金后热退火成功控制了α-Fe/Nd2Fe14B复合纳米晶永磁材料的微结构，α-Fe和Nd2Fe14B的晶粒尺寸分别为13 nm和17 nm。其磁性能明显改善，剩磁Br提高了27%，矫顽力提高了50%，最大磁能积提高了77%。通过控制合金熔体的快淬过程，在低稀土(＜11.8%)Fe基合金Nd3.6Pr5.4Fe80Co3Nb1B7中有效发挥α-Fe相(110)取向的触发成核作用，在较高的转速下诱导出R2Fe14B平行于带面方向较强的c轴取向，显示出明显的磁各向异性。Nd3.6Pr5.4Fe80Co3Nb1B7合金在18 m/s的转速下获得平行于带面方向较高的剩磁0.78Ms和较大的最大磁能积(BH)max=25.2 MGOe。另外，开展了热/力耦合变形条件下Nd9Fe84Cu1B6非晶合金的晶化过程及各向异性复合纳米晶块体永磁材料微结构和磁性能的研究。结果表明，热/力耦合变形样品具有磁各向异性，这来源于单轴压应力下取向形核和择优生长的Nd2Fe14B相{00l}晶体学织构，使其最大磁能积(BH)max相比于非晶块体直接退火样品提高了54.7%。