各向异性NdFeB纳米复相永磁材料的制备及相关基础问题研究

A new type of crystallographic texture－(320) texture of Nd2Fe14B/α-Fe nanocomposite magnet is prepared by optimized alloy composition design and controlled melt spinning.The (320) crystallographic texture is insensitive to quenching rate and can be obtained in wide range.This is possible to fabricate NdFeB anisotropic nanocomposite magnets with optimized microstructure closing to the theoretical model.The effect of alloy composition design and preparation technology on the orientation of grains and the magnetic properties will be studied.The mechanism of the formation of (320) crystallographic texture and the effect of the texture on the magnetic properties of the alloy ribbons will be revealed.This texture has not been reported up to now and the project is believed to helpful to understand the solidification mechanism of alloys. At the same time,one of the practical and feasible approaches that prepare high performance NdFeB anisotropic nanocomposite magnets is given,and the application and developments of permanent magnets may entered a new stage.

我们在Nd2Fe14B/α-Fe纳米晶复相永磁材料研究过程中，通过添加微量元素并对合金熔体进行适当热处理，发现了一种硬磁相(2:14:1相)具有（320）织构的纳米复相永磁材料。研究发现，这种织构组织对快淬速度不敏感，在很宽的快淬速度范围内，均可得到取向度很高的各向异性合金条带，这就有可能制备得到接近理论模型的的各向异性纳米复相永磁合金。本项目将详细研究微量元素添加以及制备工艺对合金条带晶粒取向生长的影响以及由此引起的磁性能变化，揭示（320）织构的形成机制，阐明这种织构组织对合金磁性能的影响规律。由于这种组织结构目前为止尚未见报道，本项目将有助于深入理解合金化元素和熔体热处理对合金凝固过程的影响机理，同时为产业化制备高性能各向异性纳米复相永磁材料提供了一条现实可行的思路，使永磁材料的发展和应用进入新的阶段成为可能。

制备出具有各向异性特征的高性能纳米复相稀土永磁材料是实现永磁材料性能突破的关键。本文采用熔体快淬工艺制备了Nd2Fe14B/a-Fe型纳米复合永磁材料，研究了元素添加和制备工艺对快淬带组织结构和磁性能的影响，利用X射线衍射仪（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、振动样品磁强计（VSM）与超导量子干涉仪（SQUID），对材料织构强度、相组成、晶粒尺寸及磁性能等进行了分析，研究了元素添加和制备工艺对Nd2Fe14B/a-Fe型纳米复合永磁材料织构的形成和磁性能的影响，结果表明：添加适量的P元素，有利于Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁合金中织构的形成。(00L)织构的形成使材料产生各向异性，垂直带面方向的磁性能远高于平行带面方向的磁性能。联合添加P、Zr元素，虽然有利于细化晶粒，但不利于(00L)织构的形成，只能得到各向同性磁体。添加适量的Si、P元素，能在较宽的辊速范围内得到具有强烈(320)/(517)织构的Nd2Fe14B/α-Fe纳米复合永磁合金，(320)/(517)织构的形成有利于合金磁性能的提高。在直接快淬制备Nd9.5Fe81B6.5Zr3纳米复相永磁材料过程中，由于高温破坏了合金熔体中的异质形核点，与低温快淬相比，得到的快淬条带晶粒较粗，这造成了合金硬磁性能的下降。不同喷铸温度下得到的(Y4.8Fe73.2B22)95Mo5以及 (Y4.8Fe71.2B24)96Nb4非晶样品，自发体积磁致收缩程度不同。在熔体热处理过程中，一定温度下合金熔体内部将产生更多的特定近程有序结构（如Fe-Fe原子对），这种有序结构将会在激冷过程中得以保存，进而影响固态合金的结构与性能。