烧结钕铁硼永磁主相晶粒外延层的调控、表征及其磁硬化机理研究

本项目以烧结NdFeB永磁合金的微结构和矫顽力机理为研究对象。首先采用纳米颗粒包覆以及烧结、热处理工艺，制备区别于传统烧结NdFeB的新型磁体，其微结构特征在于合金中微量添加的重稀土Dy或Tb富集于主相Nd2Fe14B晶粒的外延层上。在此基础上，分析、测定磁体的微结构特征以及各项磁性能参量。进一步，深入研究富集重稀土的主相晶粒外延层的成分及结构对磁体磁性能的影响。其中重点考查Dy或Tb在磁体中的分布规律和存在形态；同时考查磁体的磁畴结构及其磁化、反磁化行为。最终揭示上述新型烧结NdFeB永磁合金磁硬化形成的详细机理，建立材料微结构与其磁性能和温度特性之间的构效关系模型，为研制低重稀土含量的高矫顽力烧结NdFeB磁体提供科学指导。

烧结钕铁硼是当前磁性能最强的永磁材料，在电动汽车、风力发电等领域有广泛的应用前景。但是烧结钕铁硼永磁的温度和化学稳定性较差，对其应用造成很大影响。据此，采用稀土及金属纳米和微米颗粒掺杂和磁体表面扩散工艺制备新型高温稳定性、高耐蚀性烧结钕铁硼永磁。采用这种技术可以在保证磁体具有高矫顽力和良好温度特性的前提下，较传统方式显著降低了重稀土的添加量；通过调整磁体显微结构来改善其耐腐蚀性。. 采用蒸发-冷凝法制备了RE (RE=Tb、Dy、Pr和La)和Cu、Al纳米粉末。建立了纳米颗粒包覆主相Nd2Fe14B颗粒的掺杂模型和相应的计算公式。随着重稀土纳米掺杂量的增加，磁体的矫顽力大幅度提高，而剩磁和最大磁能积则小幅度降低。重稀土元素富集在主相晶粒的边界层位置，这种分布方式不仅有效的提高了磁体的矫顽力，而且降低了重稀土的添加量，从而减小了重稀土的添加对磁体剩磁及磁能积的负面影响。通过测量磁体的磁化曲线，发现添加重稀土纳米颗粒后，磁体的磁晶各向异性场HA显著提高，说明磁体中形成了具有高各向异性场的相。此外，磁体磁性能的温度稳定性研究表明，重稀土纳米颗粒的添加使磁体的温度稳定性显著提高。重稀土纳米掺杂烧结NdFeB磁体的矫顽力机制由形核机制和钉扎机制共同控制，其中以形核机制为主。. 金属颗粒（Cu、Al、CuZn5）掺杂磁体的剩磁和最大磁能积随着掺杂量的增加而降低，而矫顽力却随着掺杂量的增加而上升。经过烧结及热处理后Cu、Zn富集在富Nd相和主相晶粒边界处，而Al富集在主相和主相边界处。随着磁体中掺杂量的增多，磁体耐腐蚀性能和抗氧化性能提高。. 采用重稀土纳米颗粒磁体表面渗镀法制备了新型高温稳定性磁体。重稀土主要富集在主相晶粒外延层，从而提高了外延层的磁晶各向异性常数K，实现Nd2Fe14B晶粒表面磁硬化，因此可显著的提高磁体的矫顽力，而剩磁几乎没有降低。磁体矫顽力机制由形核机制和钉扎机制共同控制，其中又以形核机制为主。其剩磁温度系数α和矫顽力温度系数β均较原始磁体有所降低，温度稳定性明显提升。