富含高丰度稀土La/Ce/Y的RE--Fe--B基烧结磁体的结构演变和性能研究
RE-Fe-B基稀土永磁材料的大量使用导致低丰度、高成本稀土元素Nd/Pr/Dy/Tb等过度消耗，而高丰度、低成本稀土元素La/Ce/Y大量积压，不仅造成稀土资源利用失衡，同时导致RE-Fe-B基稀土永磁材，价格居高不下。因此，以La/Ce/Y部分替代价格昂贵、供应紧张的稀土元素Nd/Pr/Dy/Tb等制备高丰度稀土烧结永磁材料，实现稀土资源综合平衡利用及高性价比，成为当前稀土永磁产业界及学术界研究的前沿课题。高丰度稀土元素La/Ce/Y替代Nd/Pr/Dy/Tb等会降低RE2Fe14B四方相的内禀性能，且添加La/Ce/Y对RE-Fe-B磁体的相组成、微观结构等产生不利影响，均为制约高丰度稀土元素大规模应用的重要问题。针对上述问题，本文首先研究了La/Ce/Y在磁体制备过程中的迁移特征，阐明高丰度稀土元素对烧结磁体成相、微结构的影响规律。在此基础上设计具有核-壳结构的含Y磁体，研究不同Y取代量对烧结RE-Fe-B磁体性能的影响机制，利用Y/Ce协同作用获得高性能Nd-(Y,Ce)-Fe-B磁体。最后通过双合金工艺调控含Ce磁体中Ce的分布同时优化含Y磁体的晶界结构，实现高丰度稀土元素在磁体中的最优分布，获得高性能含高丰度稀土永磁体。本论文主要研究结果如下： 阐明高丰度稀土元素La/Ce/Y在磁体制备过程中迁移特征及其对烧结磁体成相和微结构的影响规律。设计名义成分相等，含高丰度稀土元素La/Ce/Y25wt.%磁体，在速凝、烧结和回火过程中，La从主相晶粒中扩散进入晶界相，Ce/Y从晶界相迁移进入磁体主相晶粒，且Y比Ce更易进入主相晶粒。同时Nd-Y-Fe-B磁体中2∶14∶1主相晶粒呈现芯部富Y和壳层富Nd的核-壳结构。含高丰度稀土元素磁体在制备过程：中的主相均为PW/mnm四方结构，晶界相均为hCp-Re2O3氧化物结构，表明含高丰度稀土永磁体主相及晶界相的晶体结构在速凝、回火和烧结过程中保持不变。 根据高丰度稀土磁体中元素迁移及成相特征，设计具有核-壳结构含Y磁休，利用Y/Ce协同作用提高磁体磁性能。在含Y磁休主相晶粒中设计核心富Y和壳层富Nd的核-壳结构，不仅可优化磁体的微观结构，同时可捉高主相晶粒的表层各向异性场，从而达到提高磁体性能的目的。在磁体中添加Y后，磁体的磁性能随Y含量升高而降低。当Y含量为20at.%时，磁体的磁性能为Br=13.25kG，Hcj=11.73kOe，(BH)max=43.13MGOe，仍可达到商用N45磁体的水平；Y替代量为40at.%时磁体最大磁能积仍可达到40MGOe以上。在Nd-Fe-B磁体中采用Y、Ce共同替代，当Y/Ce比例达到0.15/0.85(wt.%)时，可使磁体矫顽力Hcj由7.13kOe提高到9.73kOe。 采用双合金工艺调控Ce在磁体中的分布及含Y磁体的晶界结构，获得高性能含高丰度稀土永磁体。在名义成分为(Nd0.75Ce0.25)30.5FebalAl0.1Cu0.1B1的含Ce磁体中，利用双合金法制备的磁体主相存在贫Ce晶粒和富Ce晶粒，获得烧结磁体的磁性能为Br=13.33kG，Hcj=12.14kOe，(BH)max=40.56MGOe，而相同成分采用单合金工艺制备磁体的磁性能为Br=13.07kG，Hcj=10.26kOe，(BH)max=39.44MGOe。在含Y磁体中采用双合金法引入辅合金NdPrHx，加入1wt.%、2wt.%和3wt.%NdPrHx后磁体的矫顽力分别为8.59kOe、9.55kOe和9.88kOe，其磁体剩磁小幅降低。
烧结磁体;双合金工艺;结构演变;磁性能
西安理工大学
博士
材料科学与工程;材料物理与化学
游才印;闫阿儒
2018
中文
TM273;TM205.1
2019-09-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）