中B含量Nd2Fe14B/Fe3B型合金熔体过热铜模喷－吸铸的组织演变及凝固特性

将熔体过热和铜模喷－吸铸相结合应用于具有高磁性能潜力的中B含量(10～15at%)Nd2Fe14B/Fe3B型纳米复合永磁体制备，能显著增大合金熔体过冷度，具有近终成型、短流程工艺特点。前期试验发现：随合金熔体过热度增大，其铸态组织依次为纳米晶、部分非晶和完全非晶。项目以Nd9Fe85-xTi4C2Bx(x=10-15)合金为对象，研究熔体过热度与其过冷度和非晶形成能力的定量关系及规律；揭示合金熔体过热铜模喷-吸铸的组织演变；建立合金过热熔体喷-吸铸连续冷却转变图模型并阐释凝固热力学和动力学特性及组织演变机理；研究工艺参数对铸态纳米晶和铸态非晶晶化的纳米晶结构及磁性能的影响规律，优化合金成分和工艺以获得高性能、剩磁增强的纳米复合磁体。项目的成功将为微小块体纳米复合永磁材料制备提供一种新方法，促进稀土节约型永磁合金在微小型机电等高新产品中应用，同时为非晶、纳米晶块体材料制备理论研究提供积累。

目前，微型电机和传感器对于微小块体纳米复合永磁材料的需求迅猛增长。铜模吸铸或喷铸技术是制备微小块体纳米复合永磁材料的新方法。 10～15at% B和8～9at% Nd的Nd2Fe14B/Fe3B型合金中的Nd2Fe14B硬磁性相的相对体积分数较高，因而具有高磁性能的潜力。但是B含量低至15at%以下的合金的过冷倾向和非晶形成能力较低, 铜模吸铸或喷铸技术对其不适用。本项目以Nd9Fe85-xTi4C2Bx(x=10-15)合金为对象，研究了熔体过热度与其过冷度和非晶形成能力的定量关系；研究了凝固组织在熔体过热度和冷却速度这两个工艺参数共同作用下发生的微观结构演变；阐释了合金的凝固热力学和动力学特性及组织演变机理; 研究了退火工艺对铸态非晶晶化的纳米晶结构及磁性能的影响。通过这些研究， 首次明确了合金的近平衡相变温度和相变历程以及合金形核过冷度随B含量变化的规律，合金的形核过冷度随着B含量增加从128K下降至96K；首次获得了合金的形核过冷度对其熔体过热度的依赖关系，并发现了形核过冷度急剧增大所对应的临界过热温度，所产生的过冷度增加值在40至80K之间；首次证实并阐释了通过熔体过热能够显著提高合金的非晶形成能力，对应于1523K、1543K 和 1643K熔体过热温度的合金的Trx (Tx/TL) 分别为0.6256、0.6261 和 0.6326；首次揭示了熔体过热温度与冷却速度对合金非晶形成能力的耦合作用；揭示并阐释了合金中的B含量变化所引起的铜模吸铸凝固组织演化以及添加元素的影响。这些成果为阐释合金的非平衡凝固机制、利用热力学过冷来改善其凝固组织以及创新铜模吸铸工艺提供了依据。