（材料学专业论文）mssps制备纳米晶块体双相复合永磁研究.pdf

摘黉 摘要 纳米晶双稽复宙磁体是近年来出现的一类新型永磁材料，其特点是将离饱和 磁纯强度的软磁援尊滏磁螽各向异性的磺磁糖在绒米尺度下复合成为兼具毫裂 磁秘裹矮顽力戆双糖复合戳薅。疆论诗冀袤疆，这类磁俸其蠢事越赘磁毪藐，旁 攥成为继n d 币e 壤以聪的第四代耩永磁瓣料。本文采用熔体抉淬+ 放电等离子 烧结( 简称m s s p s ) 工鼓制备纳米晶缺体双相复合永磁。酋先研究了制备高性 能辅米复合磁粉的工蕊与成分，褥到了离性能斡露憔快淬粉束；随后研究了各向 瀚瞧浚终缡寒复会磁簿褥蘩密健遭程，成葫铡餐窭垒致塞续米爨块薅双程泰磁耱 料；最后采用熟变形方法研究了备向异性纳米磊块体永磁的制备。 采用m 、h r l 百m 、v s m 等手段鲋熔体快淬法制备的纳米晶双相磁粉进 行系统研究。揭示了快淬辊速、踌化处缨、合金元素添鸯毽对f d 合金缝织 缀梭与磁性戆豹影镌簸簿。通过实验倪豫，礁定了不阉成分下舞性能缀寒鑫双檬 磁粉鹃麓螯工艺。其审2 0 耧妇辊速下袁接快淬n d 8 f e b m b 6 粉求获得了最毽豹磁靛 徽为：产1 o l t ，船婶5 1 7 k 触n 。稀含爨豹变化以及元素的复合添热对提萄娇 磁力效果显著，2 6 州s 辊速下n d 9 t b l f e 9 3 c u l b 6 粉末的矫顽力j 本胁扣_ 7 5 1 k a 珀。 采用国、 删、b h 隧线仪对放电等离子浇结法毁密纯块体同性纳米 瀑双耱复会泰磁送行了磅突。着耋分撰了娆臻瘫力、浇结瀣发、台金藏努毒磁髂 密度、组织结掏及磁性能的关系。成功的制备了低稀土含量下全致密纳米晶双捆 块体永磁材料。其中n d 8 f e b 出6 的最佳密腋在烧结温度6 3 0 ，烧结压力5 0 0 m p a ， 保滠3 藕妇时获得，密魔为p = 7 5 6 9 ，c m 3 ( 相对密度逸9 8 4 ) ，磁体最馕性能猩 浚度6 1 0 下霉烈 办哟，9 8 t ，袋产3 7 7 6 鼬海l ，蹬礤玎f 9 7 3 瓣纛弪3 。发魏了烧缝 魇力的增大在提意磁体密度的同时其霄都利晶粒长大魏作髑；台盒成分鹩改交会 对磁体性能造成显著影响以及c l l 元素添加可以改善粉末烧络特性，提高磁体镦 成，成分为n d 9 t b i f e 8 3 c u l b 6 磁体在6 3 0 ，5 0 0 m p a ，3 麟n 工艺下密度达 p 叼6 3 9 ，c m 3 ( 相对密发9 9 3 ) 。确定了名义藏分n 氐f e b b 6 、n d i 。f e 嘲、 n 岛秘l f 镪3 c u 豫磁舔必蠢绥燕变形实羧裁驱俸。 采耀x r d 、掰甜嚣m 、v s m 、b 。h 强线仪，砑究了放电等离子烧结热变形备 向异性纳米晶双相复含永磁材料，讨论了形变速率、形变温麟、形变量以及合金 j t 京工蛙大学王举硬学垃论文 成分变化对磁体缀织性能的影响。矮中，形变速率的增大脊利于磁体各向弹性形 成，嗣磁提高，但道快地形变速率磁体荔产生裂纹；形燮激艘升高有莽l 于形藏备 趱异性，毽温发过鬻会导致藩粒长大，磁俸性能下降；形受鬃增蕊可以增大磁体 敬囱，毽大形交鬣下磁俸蓖予鑫粒长大驻著，性能不蘸。研究发现矮燕交澎浚翎 铸各向算性纳米赫双相复合永磁的方法并不成功，骤瞬在予低温时无法交形，辩 源时晶粒长大显麓。在此基础上，通过囊验观察与理论分柝，探讨了纳米晶艇赍 磁体各向异性形成机理，提出了制约熬变形异性形成，磁体性能下降的原鼹，摸 索了裹霆诱发滚毒l 螽蛋彝：霉毪绥寒麓溉鞠隶磁懿藜工曩。 关键词纳米晶双相复合永磁；块体；熔体快淬；放电等离子烧结；热变形 a b s t r a e t a 8 s t r a e t a sn o v e lp e r m 盛n e n tm a g l cm 删甜，璁et w o 曲_ 毡s en a n 。c o m p o s 托em 舭e t h 嬲醅v e l 印醴r 印穗y 瓤r e 潍建f 8 f s 至羚s s e s s e s 弦垂揪鞋a n e 勰霉躲硅e f c 溉移氓鑫 嫩嚣n a n o s c a be 洳g e u p l i z 培b 粼e ns o 鑫m a 辨cp h a s e 诚搬糙痨s 糠赋i o n 撇a 辨e t i z a t i o na n dh a r dm a 萨e t i c 曲a s e 蜥瓶赫g hm a g n e t o c r y g t 8 l l i n ea m s o 台d p i y - 硼勰o r 托c a lc a l c u l a 她gs h o w sf l a t s u c h m a 鄹哦b e a fe x 批r d i n a r ym a g n 越i c 粉n 至e s 骶潞，i tk e o m e s 矗p r o 珏娃s i n ge 删攫挺o f 墩e 岛姒hg e n e r a t i o nr a f e - e 箍f 漱 m a 翳e t8 鑫e 诞一转瓣姆蛾。甄强s 龇s i s ，& & & 猎。一砖8 s e 热e o c o 珏攀s i 钯 m a 辨e ti sp r e p a r e db ym e l t - s p u na n d 鼬a r kp l 耥s 扭搀e r i h g ( m s _ s p s ) o u rf i r s 、o r k 、v a sc o n c e m i n 盛t 圭l es n j d yo f 廿1 ec o m p o s m o n 蚰df a b r i c a 斑培p r o c e s so f m 。n s p 雠舶b o n s ，删p r e p 越n go fh 龄p e 晌咖a n c em a g t i cp 0 ，d e r s 。 热l l o w 谗g 猿v e 嘏g a 鲑。馥磁l sf 酝潞醛。羹镪。醛i 蠡e 弱裾醋鑫s 一姆麟p o w d e r s b u 瓤 i s o 怯 o p i c 铆o - p h a s e c o m p o s i 主em a g n e t sw e r es u c c e s s 血l l ym a d e ，t h e 撖斌w o r k w a sp a i do nt h ep r e p 删i o no fa n i s o 戗 p i ct w 。一p h a s en a n o c o m p o s i t e 蝴e tb yh o t d e 稻f f n e dm e 也o d 醚e l | s p 吼t w o 心撞韬嚣。m p o 娥e 如弱珏sw c 嚣s y s t e 黼采i e 越每s 抛碰醚馘 m e a n so f ) 承d ，薹壬黼瞪ma 芏癍v s 醚髓擗蜮n c eo f 嘶酶畦s p e 繇，c f y s t j 畦 i z a t i o l la 矬硅 e l 毋m e 撒a d d i t i o no n 掘em i c & s t 抛e t u r e 越瓣撇a 黔e d c 群翻? 辜硝e sw 鑫si m ，e 延g a t e d 8 y e x p e r i m e n _ c a lo p t 妇妇a l i o n ，t h eb e s tm e l t - s p u nc o n d m o n sw i t hd i 髓r e n tc o n l p o s 啦。燃 w e r ed e c e r l i d f o rn d 疆e b d b 6r i b b o n s ，t h eo p t i m 醚m a 辨如ep r o p e r 垃e so f a 娃e 鑫e 鑫礤蹲i 诵押w 毒忿鼻一1 0 l t 甜撼蕊鲻 7 妊0 獭，媳i 姥w 霉羚。敏妇持畦躐 t h es p e e do f2 0 m 如t h ev a r 主a t i o no fr 8 幛a r mc o m 髓ta n de l e m e n ta d d i t i o ng r e a 士l y a 脓c t e dc o e c i v 咄ac o 。c i v 蚵o f7 5 1 k mo fn d 9 t b l f e 8 3 c u l 曲b o 璐h a v eb e e n o b t a i n e dl l d e r2 6 m s b 堪毽i s o 昀p 沁，批。一砖a 辩n 8 矗o c o 越攀o s i 毫e 擞a 霉睛s 妇l s i 莲努s p s 矗a v e 酶雌 s 瓴麟e 硅磅m e 强so fx 】& d ，嫩e m 雒db 娜蚋c e ls p e c 越燃蛙躺i s e sh & v e 酶媳 m a d et oa n a l ”e 也er 。l a t i o n s 圭l i p s 锄o n gs 至l l t e r i n gp r e s s u r 。，s i n t e r i n gt e m p e r a t u r e a l l o yc o m p o s 嫩o n ，d 黼s ! i t 弘m i c r o s n - i l c t w e 甜l dm a g n e t i cp r o p e r t i 髂o ft h em a _ g 芏l e t s - 一i i 一 j t 京工照走攀王学硕士学位论文 f u l ld e n s eb u l kt w o 巾h a s en a l l o c o m p o s i t em a g n e t sw i t hl o wr a r e e a n hc o n t e n th a v e b e e ns u c e s s l l yp r e p a r e d t h eo 州m a ld e l l s i 哆f o rn 南f e b 献b 6m 明霉e to b t a i 觳站d 黼d 村s i n 碰璐c o n d i t 幻n so f6 3 0 ，5 0 0 凇a ，3 m i ni s 7 。5 6 9 恕i 谢也r e l a t i v e d e 璐i 移o f9 s 4 + u n & rs a m es 馥诧濑gp r 。s s w ea n d 酗l 援n g 蛀m e ，s u c 矗描磊鹂e t s h o w st l l eb e s tm a g i l e t i cp r o p e r t i e s8 tt h et e n 单e r a t u r eo f6 l o i tb e a 雌毋铷9 8 t 胁净3 7 7 6 k 觚l 鲫d 僻够州= 9 7 3 k j 椭3 。i ti sf o u n d 吐l a te i e v 砒e dp 托豫腓、v a s 酶n 媳 f o fd 髓s 姆a n d 挑s t r a i 】 1 i n gg 峨ng r o w 魄趣i sa l s of o u n d 攮a tv i a r a t i o no f c o m p o s i t i o n 艇f 毫c 把莲趱鑫簦糙t fm a 豁接程ep f 。搿嘘 e sa l o ta 主l de l e 越。鑫te t l 矗d 莲i t i 。曩p 疆。把鑫莲懿s 移 o f 舡m 啦e t s f o rn d 9 t b l f e 9 3 c u l b 6m a g n e t ，ad e n s i t yo f7 + 6 3 幽群a n dr e l a t d e n s 时o f9 9 3 h a v eb e e na c h i e v e d n d e rs i n t 耐n gc o n d i t i o n so f6 3 0 ，5 0 0 m p a 3 m i n m a g n c t sw 怂 n o i n i n a l c o m p o s i 舶n o fn d 8 f 柚b 6 n d l o f e b 甜b 6a n d n d 芗孙l f e 裙e 驻l 民h 躺搬珏d e t e 蕊i n e d 器s 妇奄魏。畦毽融融f o 龆e 莲黔e 潞既 h o t d e 南f m e da 赫s o 拓o p 王c 乜一p h a s en a n o c o m p d s i t em a g n e tp r e p 越e dv i as p s 、张si n v e s t i g a t e db ym e a n so fx r d ，h r t e m ，v s ma n db ht r a cc r t h ei 1 1 n n c oo f 融译l a c e m e n tr 鑫t e ，t e m p e r 礁王r e ，d i s p l a c 甜n e n t 程e g r e e 矗n d 狂l p o s 铤o no n 龇 越i c m s 妞l c 斑ea n dm a g 弛t i cp r 。娥e sw 赫d i s e u s s e d 王n e 掩a s i n gd i 雩l a c e m e n t 糟酶， 嚣v a 圭e d 把m p e 隧强de 盎a f 撼e 纛蠢s p 差a c e 珏l o n t 莲e g 稼e 藤l 辍蠡s 稻f & 鏊蹩eo f a l i 鲈m e n t ( d 铡) o f 璁em a g n e t 也u s 搬。心m a i l e n c e ，b u ti n c 心a s i n gd i s p l a c e m 张tr 皱e r e s u h si nc r a c k e 塔e n c e e l e v a t e dt c m p e r 姐l r ea n de n h a n c o dd i s p l a c e m e n td e g r e e d e 融i o r a t em 馥辨e t i c p r o p e n i e s d u et oe x c e s s i v eg r a j n 黜姒h 。o 蜥n gt o 嫩e e o 藏妇磋i e 羲。蘸o fh 鑫撼稔f 。f 芏娃越l o w 靶m p e 豫蠢瑶勰dl a 塔og 擐酝s i z e 融艇g 珏 t e m p e r a t u r e ，i ti s c c e s s 血lf o r 嫩i l 波i 芏l gh o t - d e 如m l e dm e t i o dt o 血b 娃c a 主e a 1 1 i s o t r o p i ct 、v o * p h 触en a n o c o m p o s 沁姒融e t 埘血g o o dp r o p e n i e s b a s e do np r e s 黼t w o r k ，a 蜥s o 锄p yf o 础gm e c h a n i s 撒o ft 、v o 巾h a s en a i l o c 班n p o s i em 嘲辫e th a sb o e n d i s c u s s e d 努瑚( p e 纛撒e 硅t a o s e 采i o 稳毅避氆e 8 咒疰c 越鑫n a 垩y s i s 。飘德托a s 强蠡a sb e o 矬 p u tf b 删蕊。a 赶e wp r o c e s s 南rp r 。p 磊r 至n g 柳o - p h a s e 珏a i l 0 0 0 狂攀o s i t em 噶斌h 鑫sb e e 醢 搿- o p e d k q 耕o r d st w o 曲a s en a 芏l o c 饿冲o s i t e 擞a 拶l e t ；b u ；m e l t _ s p l m ；s p a r kp l a s m as i n t 娌讯g ； 耘o t 菠幻班建蕊。珏 i v 独剑性声鞠 零人磐黧声骧；囊至交熬论文蹩我个 在譬簿指导下遴行懿繇究工终及鼗褥数 研究成聚。尽我艇知，除了文中特别加以标注和致谢驰地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰霹黪磅究成暴，墩不镪含为获褥l 京工业大学或其宗教育枕梅戆学 位或 芷书而使用j 雯的材料。与我一丽工作的同意对本研究所做的任何贡献均已糕论 文中做了明确的说鼹并表示了谢意。 签名：塑熊邕辣 关于论文使用授权的说明 神x ? | 宰 本人完全了解托京工娩失学裔关保留、使魔学位论文的蕊定，黼：学校脊权傈 骜送交论文的复印件，允许论文被查阅鞠借阕：学校可以公布论文的企部或部分内 容，可懿采建影帮、缭窜或冀缝复裁手段僚存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵循此规定) 签惑； 习谚玉学师签名 量 膨不 第1 章绪论 1 1永磁材料的发展历史 材料是人类社会发展的里程碑，是现代新技术革命的支柱。磁性材料作为重 要的基础性功能材料，已经广泛应用于通讯、能源、交通运输、工业、农业、信 息等现代科学技术和人们日常生活的领域，对社会进步和经济发展起着重大推动 作用。 人类对于物质磁学性质的探索和利用堪称世界文明史中绚丽的一章，绵延至 今，已有数千年的历史。早在公元前四世纪，我国人民就利用天然磁石制成了司 南，也就是指南针的前身。司南作为四大发明之一对于奠定我国文明古国的地位 具有重大意义。人们习惯于按照磁感矫顽力h n 的大小对磁性材料进行分类： h c b 1 0 0 从n ( 1 2 5 0 e ) 的称为软磁材料；1 0 0 a m b 。豹遐磁态d ) k 一的潺磁态 f i 吕l 一2s c h e m 撕co n e _ d i m e n s i o n a lm o d e lo f e x c h 锄g e - c o u p l e dc o m p o s i t em a t e r i “ a ) s a t 眦t i 。nr e m a n e n c 。，b 卜c ) d e m 哪e t 泣& t i o nw i t hb m b ， d ) d e m a g r l e t i z 撕o na tb 。_ k m 如果b b 。时，垂于磁交换藕合作用只能达到檩当于其畴壁厚度的尺寸范 围，因此随着b m 的增大，矫顽力将依赖于软磁相区的厚度b 。 当双相材料中晶粒尺寸小到临界尺寸时，由于在m 相与k 相的边界处存在 交换藕台作用，在剩磁状态，软磁相豹磁矩与硬磁桓的磁矩是网囱平行豹，因此 就产生了剩磁增强效应。根据以上分析，纳米晶交换耦合磁体区别于一般永磁材 料的一个重要特性是当h h n o ( h n o 为形核场) 时，其磁化强度表现出很强的可逆 憔( 图l 一3 ) 。这一熹已在f e 3 8 n d 2 1 4 b 纳米复会磁体中襻到证实【猢。 一i e l d 嚣 盥婴陵墼垒翌立l 珏避廷l 一。 ， p 7 ， i ! l ，一 转 ， 一，一一 夕。 ，”一 斗 珏 ：= ： 辫 一3 纳米晶复舍隶瓣耪料鲍交换弹缝学势# 辩 f i g l “3e x c b a n g e - s p n gb e h a v i o r o f n 柚o c o 辅i p o s i l em 蝴贼 ，3 ，2 二缝翔兰维冬怒霾牲纳采黼复合永磁妻孝瓣交羧藕食模型 二维和三维各掏耀性纳米曩复合永磁材料模型是s e l r e f l 渊等人采蔫考限元 法及微磁学分析建立了稀土金属间化合物与“f e 纳米晶复含永磁材料的二维和 三雅理论模型。该模溅的基本物理思路鼹：假设稀化合物与辑& 纳米最复合 永磁终交秘个形获不溪翅酶鑫鞋蕴藏熬立方髂f 匿l 蛰，并藏疆磁穗与获磁糖繇 怒非取向的。 髑l q 套鑫蔺缝缡寒鑫复合采磁程誊 模型 f i 落1 - 41 挑c u b i cm o d e lm 嚣g n e tc o n 8 i s t i n go f i 雠g u l a r l ys h 婶e dg r a i n 他们根据该模裂，应用有限元方法阐述了n d 2 f e l 4 b 旭- f e 复合永磁材料微观 缕梅与其磁热能载美系。图l 。5 ( a ) 弱国) 分剃是对n d 2 f e l 4 b 娃增e 复合永磁材料鹣 北京工业大学工学硕士学位论文 磁性能随软磁相体积分数和平均晶粒尺寸变化关系的计算结果。可以看出，随软 磁相的增多，剩磁显著增加，而矫顽力却几乎成线性下降。晶粒平均尺寸对磁佳 能也有j 常显著的影响，剩余磁亿强度和矫顽力都随平均晶技尺寸的减小藤显著 增大。对于晶粒尺寸为1 0 珊，f e 含量超过5 0 的各向同性n d 2 f e l 4 b * f e 复合磁体，最大磁能积超过4 0 0 k j m 3 。 m 嘲峨a 神$ f z e 棚m l a )b ) 图卜5 纳米晶复合n d 2 f e h b a f e 永磁材料的磁性能 与软磁相体积分数( a ) 和晶粒尺寸( b ) 的荚系【2 4 j f 追1 5 m a 驴e t i cp r o p e 啊d e p e 脯e n c e o f n a f l o c o m p o s i t e n 也f e 洳f e w 弛c h a n g eo f s o f 【 m a g n e t i cp h a s ev o l 啪e 疳a c t i o n ( a ) a r l dm e a ng r a i ns i z e ( b ) 1 3 3 各向异性纳米晶复合永磁体交换耦合的兰维模型 各向异性纳米晶复合永磁体理论模型，在各向同性纳米晶复合永磁材料中， 若与取向稀土永磁材晕车相比较，无论是剩磁，矫颃力还是磁能积，都仍存在穰大 的差距。1 9 9 3 年s k o m 麟和c o e y f 2 1 2 5 】采用微磁学理论探讨了c 轴取向的纳米晶 复合永磁材料中通过硬磁相与软磁相间的交换耦合作用使磁能积显著提高的可 能性，并预言了纳米晶复合永磁材料的成核场和理论最大磁能积。 醒l 一6 取内硬磁瞧基体相与球状软磁楣缡米晶复合永磁糕辩横塑m j f 毽l 6 强e 辩醯e lo f 霸e d 0 8 ls 晓融l 蔽s i n 越黼撼妇d 辩删x 袍稻提擦静取匈( 嚣向异性) 模羹粥圈l ，6 掰示，基体稳怒硬磁糖2 ：i 7 登稀 土铁氮佬物，软磁栩找f e 是纳米级的球状颗粒，高度弥散朔甄分布在基体裙肉。 他们分折从取向完全一致的磁化状态开始，当内场达到成核场时，开始出现磁化 反转。将成核场的坶鼷归结为解决量子力学中懿s c g e r 方稷豹本镊问题。 袋援场薅寝予羹悫熊籍蠢。在特定籍逮爨条俸下，哥得到澎竣矮 瓤与球形软磁 糨颞靛直径之闯的荚系为： 妻忙露c 啦一， + t + 詈j ! 孚= 。c t z ， 其中，螽鸯分爨是较磁稳戆交羧积分鬻数寒毯耪磁纯强度，趣，醚，甄 分剐是硬磁相豹交换积分常数，饱靼磁化强度释磁龋器向异性常数。以 s m 2 f e l 7 n 扣一f e 纳米晶复合材料为傍j ，取村，= 2 1 5 t 胁 以= 1 5 5 t ， a 鼬1 5 ， o ，一1 2 m j 舡3 ，弱可褥到彤核璐h n 与软磁耩颗粒之间的关系( 蹙 l 一? ) 。 箱 繁幅 鸯槽 麓 5 3毒 盘丰ed 主毒m 轱镪r m ， 圈卜7 形核场与软磁棚静f 。赢径的关系 f i g ，1 0n 黼l 嚣a t & d a sa 如n c t i o 珏o f t 圭豫d i 锄e 姆ro f 静 北京工业大学工学硕士学位论文 当软磁相颗粒小到等于硬磁相的畴壁厚度6 h = ( a h h ) m “3 r l i l l 时，该永磁体 的形核场h n 达到高的平台区，此时它也嶷有最高的矫聩力。对于较大的软磁褶 颗粒，其矫顽力( h n 以为其低限) 按l d 2 迅速下降。 当软磁相颗粒尺寸d 6 h 时，可按微扰理论计算形核场h n ，得到： 朋一觥 ( 1 ，) 若忽略钉扎效应，可得到由i i c = h n 确定的矩形退磁曲线。此时它的剩磁地为： m r = f s m s + f h mh t 、一4 、 因此具有显著的剩磁增强效应。 s k o 毪l s k i 和c o c y 建立的模型假定理想的复合磁体的微观结构满足如下条件： 两相结晶连续，尺寸在l o n m 左右，两相之间无非磁性相存在，且完全耦合。计 算表明n d 2 f e l 4 b a f e 型复合磁体的( b 岣m 可达至i6 6 2 k j m 3 ( 8 3 1 m g o e ) 。若 将s m 2 f e l 7 n 3 釉a - f e 铁制成纳米晶复合磁体，其( b h ) m 将达到8 8 0 k j 触3 ( 1 1 0 m g o e ) 。如果将s m 2 f e l 7 n 3 和f e 6 5 c 0 3 5 作成交换复合多层膜，弗使f e 6 5 c 0 3 5 厚度等于硬磁相的畴蹙宽度，则这种纳米相复合多层朕的( b ) m 可以达到兆焦 尔，这就是所谓的“兆焦尔磁体”。 1 4 纳米晶双檐复合永磁及制备工艺的研究进展 1 4 1纳米器双相复合永磁的研究进展 经过十几年的摸索，目前人们已经开发出诸如n d 2 f e l 4 b 伊e 3 b 【2 6 】、 r 。f e l 4 b f e f 2 7 4 、r 2 f e l 4 c 屉e ( r 剐d ，p r ) p 翔、s m 2 f e t 亩畸x 摩e f 3 越、s m 2 f e j 7 c x f e 【3 稿、 s m 2 ( c o ，f e ) 1 7 ( c o ，) o 习等一些藏分体系，并通过添加合金元素对其性进行了 优化。从总体上讲，合金元素的添加分为两类：掺杂型( a d d i t i o n ) 和取代型 ( s u b s t i m f i o n ) 。其中掺杂元素又可分为两种：e ，一一般为本身熔点较低，高温 ( 1l 。c ) 时在主福n d 2 1 4 b 中有一定溶勰度，容易彤成晶闯相，改善爨霞润 滋性，分隔软硬磁相，具有抑制晶粒长大，提高矫顽力，改善退磁曲线形状的作 用。但这种元素的添加，会造成主相m s 值下降，从而造成剩磁略有降低。朋 一一般为本身熔点较搿，嘉瀑下溶解度较低，多在晶闻形成析出物，起到细化鑫 第l 攀错论 粒的撵用，遮静元鬃的搀入可以提高剩磁与矫顽力，但这类元素富集在晶界上， 势必影响界黼处软硬磁相交换藕合作雕，殿此对剩磁又造成一定程度的影响，使 蟹磁体剩磁一般也寝蕊为下降。除此类掺杂元素终，还有类元豢以取代会金中 棚癍鑫位上既愿予，艇残薪的纯合物形式存在，起至敬善软硬磁稷内禀磁特耋皇的 翳熬，遘露改善磁体蛀舷。这类元素落分为嚣释：鄹e o 蔽s i 等取代，可 以较大程度豹提岗鼹攫澡度，改善磁体潺废稳定性。其漾潮主要为取我元素麴 c o 的t c 值高于f e 所致。层4 一d y 或t b 挥取代n d ，可以提高矫顽力，但会造成 剩磁与最大磁能积的下降。原霹在于e i y 2 f e l 4 b 、t b 2 f e l 4 b 的 h 比n d 2 f e l 4 b 麓， 戆泰蠹又穗黠较低，瓣露鼗类爨主元素戆多萋取代瑟露来麓缓纯鑫粒露矮薄翳鼷 力也有一定积极的影响。总之，元素的掺杂或取代无论是邋激细化晶粒还是改旃 内禀磁特性，一般均会带来矫顽力的增强，但受多种因素影响的剩磁则变化趋辨 较为复杂，面对于獠主铁系隶磁来讲，_ 黢大磁缒积对于剩磁的依赖性更强，因越 荚变能囊簿瞧不黉爨，簧梭据稳定元豢静添杰l 及蘑量寒其体分辑。袁l ，2 为蹬焚 不弱元素静添翔对磁瞧链静一般惶影响。 袭 2 元素添加或取代对缨张复合采磁性能妻奇一般影响 t 曲i el - 2a v e r a g ei n n u e n c eo f t h ea d d 诚o n a io rs u b s t i t u t e de i e m e n t so nm a 卯e t i cp m p e n i e so f n a i l o c o m p o s i 把m 雄辨e t s 嚣素秘类 最嚣能 剩磁 譬 腿滠纛 掺 嚣i ：a l 圈，e u l 3 ”，i n “，g 毒3 等多为增丈多戈降低罐大蒺本不变 热 e 2 ：w f “，m o l 4 ”，n b h “，z ，”，v 4 ”，t i 等 多为增大多为降低增大蒸本不梵 敷e 3 ：c o h ”，s 护等降低降低降低增太 代 e 4 ：d y 岬】，t b 口肄降低 降低 增大 基本不变 。4 ，2 纳米晶双捆复会磁亳孝制备王艺避装 4 ，2 1 传统翻备王麓囊予魏米鑫双襁复合永磁材辩的菇粒尺寸属予缩米藏 嗨，采用传统工艺徽难得稚显微缀织豹缡涨化，所以其胄誉王兹大都为 热力学 乎衡过程，目前发展较为宪善的工艺有以下几种： ( 1 ) 熔体快淬法快淬工艺本身缀麓摹，基本过程麴下：蓄先采鼷真空感 藏淹燕法裁套毒合袅，然嚣在真空浃淬设餐中，凑缝气露保护下，予虿荚管中将 姆合金融化。在氩气愿力的作用下，合盎溶液经过石英管底龆的喷嘴喷射到高速 旋转的铜辊的外缘上，以约1 0 5 1 0 6 s 的速度快速凝固，激按形成纳米晶复含 永磁薄带；或者将快淬形成鲸菲晶薄带遴幸亍晶他处理，也可获得纳米尺寸的硬磁 麓豪工鼗丈学王掌联士学位论文 相和软磁相复俞的结构。 ( 2 ) 机械合窳纯法机械合惫纯法怒先将合金铸键破碎成粗粉，然后对糨 粉避章亍长薅趣翡窝熊球戆，髯将产物畿适当敲条转下避行邋火处理，这撵魄可以 褥到与浃淬法榻阕静锻溪缀织。裰械会众纯法帮侠淬法蠢辨曲阉工之妙，整箕成 本较低，是一种肖前途的翩备方法。德梳械合金亿法制襻的怒微细粉末与空气接 触极易氧化自燃，工艺条件苛刻。 ( 3 ) 王豇) d r 法h d d r ( h h y 出。鼹n a 畦。丑氢化，d _ d i s 斛帮。掇o n a t i o n 歧他， d - 如s 嘲i o 矗袋氯，袋啦c o m b i 船t i 麟黧缀) 工艺是遴年发震怒采瓣一释联备褰戆臻 永磁粉的新方法。它是把会金破醇成糖粉，装入真空炉肉，在一定温度f 避行 氢化处理，合金吸氮并发生歧化反应，然后将氢气抽比，使乏再化合成具有细小 鼹粒的稀士永磁粉末。t h 沁a k a f 4 7 】镣人首次粟用采用 搬) d r 法制备出了 s 撒2 f e l 雷嚷a - 】怒簸套滋嚣。毽髓懿魄蔽炉熔爨魏母台套邋过攀辊急冷洼毒l 戚会 金薄带，经h d d r 处理后进章亍氮像，从褥获得了由s m 2 f e l 7 n x 移d 两籀缀成 的纳米复合磁体。缎是，用d r 法制备纳米晶复合永磁材料的报道仅此例。 这可能是由于王装艇体及参数要求耀滋菏猁豹缘敖。 除此之夕 还包撼s 辩出e s i o n i 4 鄹、镶离子喷涂等工艺方法，总熬来说这类鼹 绫方法都麓菇麓瓣麓备缡米晶双籀笺会永疆，毽它稍懿最大跤络是蘼翎备耪糕稳 为同性磁粉或薄带。毯蓠实验室采溺熔体姨淬方法制备的娥佳各自慝性磁憷薄带 性能为1 8 5 2 掰m 3 ( 2 3 3 m g o e ) 【。 1 + 4 2 2 块体纳米菇双相复合永磁制静工艺以上简单介绍了纳米晶双相复会 毒孝辩懿镶统卷l 餐工艺，这类方法最大懿缺麓是蔑瑟逡为磁敬粉末或条繁，蔽了 树辩的燃能发撂以及应用领域，为了撅震就类磁体的应用范围，进一步提高其磁 性能，制备块体纳米晶双相磁体成为当前急需解决的问题。对于传统块材制备工 麓来讲，由于不能谯保证磁体显微绪构纳米亿的潮对实现磁体的致密化，因此鬻 美浚俸翁来曩双鞠瘩磁兹裁鍪一直戳采艘麓研究鲍燕点。逐些年亲人强广泛开鼹 了块体缡米晶磁榜鼹露l 备研究，箕遴鼹魏下： ( 1 ) 商压晶化法制备纳米复相永磁榭料通过快速遇火p q 、磁场热处理格1 j 簿 方法品化非晶合金制备纳米复相永磁已霄过捆关报道。燕山大学张湘义等人【5 2 1 则舅黪蹊径采嬲超麓愿技术( 如图1 8 ) 爰乏控制菲磊合金爵化过程中软、硬磁鳃米 第l 鬻绻论 龋的形孩耜生长，铡备出蒜粒尺寸l o n m 的i - f e ，s m 2 9 e ，s i ) 1 7 c x 缡米黯复穗永 磁体，获得了2 0 0 剡赫3 ( 2 5 m g o e ) 酶最大磁能积，研究发现猩9 2 3 k 温度下晶化 游晶态s 酗f e s 5 s i 2 c 5 合金，压力对其指燮过程县有很大影嘲，强从常压井至6 g p a 孵，静f e 相与s 嫩2 ( ，s ) 1 7 c ；裙的蠢鞍尺寸分剃扶3 0 6 蛾农2 s ，7 艘l 降为6 4 毯辩 及5 1 8 避。，著量发瑰赢匿磊建避穰主鬟菝赣洳与s m 2 ( f e ，s 移 7 e x 两裰戆髟羧， 邋可归因于压力诱龆形核龚由能下驿，执恧导致易形核难长大的耀变体系静产 嫩，能够有效地抑制晶粒长大。此外研究还发现s m 2 0 、e ，s i ) 1 7 c 。相的体积分数| ! 敷 聪力增大而增加，当愿力丹至6 g p a 瞬，伐- f e 相与s m 2 e ，s i ) 1 7 c x 耜晶化顺序发 嶷了改变，匆低压螽纯稳魄，篱压下s 谶耀。，s 番1 7 岛穗茸毙形棱。楚麓磊菇健 法预示了一种有效魄制备品粒尺寸在l0 1 1 m 以下块体纳米炭稠永磁材料的方法。 为开发高性能永磁揽供了良好的思路，但是此方法过程繁琐，不适合批量化生产。 皇 警 墓 3 踅l 一8 。摆晶离器实验示意鬻 ( 1 ) 叶螬石( 2 ) w c 鹾块3 ) b n 试样套( 4 ) 石墨期热装置疆) 试样( 6 ) 熟电镁c 7 ) b n 压力传递奔质 f 瑶1 堪s c h 敷i ed i a g r 锄o f s 黝p l ea s s e 曲扣m h 磷p r e s s 粼僦p o r i m e n t ( 1 ) p y r o p h y l l i t e ，( 2 ) w cp i s t o “，( 3 ) b ns 唧l ec e l l ( 4 ) g r a p h i t e h e m e ( 5 ) s 绷啦l e ，( 6 ) _ c 圭i e m l o c o u p l e ，( 7 ) b np 糟s s u f e 缸郴m i t t i n gm e d i a q ) 动态冲击压制( d y n 躺i cs h o c k 嘲蝮c t + o n )所谓动态冲击压制法即遴 邋气稔激发产生鹣强大袭力接囊活塞蠢逮运动，爨溪；孛毒预糕试稃，霞榉晶获遮 这到致密化的过程。k h c h e l l 等人洲剃用动态冲击压制的方法，在相对密度为 7 8 的冷压块体基础上，通过优化工艺谶稷，成功制备了相对密度达9 8 5 0 5 的运全致密块体纳米菇r 2 1 4 b 旭。f e 系永磁，其螽粮尺寸稳2 灏豫左右，融 雯磁 体最夫磁链获这1 6 3 艇g o e 。就势，奁实验孛还发理，采鼹鼗释方法可敛鸯效黉蠡 将弹性薄带粉末毯绪成异型磁体，从两避一步提高磁体缝鼹。但是由于戴工艺涉 及商逮运动活塞机构，为了获得大的冲裔愿力，腔体设计不藏过大，因此该方法 不逑台制各大块磁体。 北京工业大学工学硕士学位论文 图l 一9s p s 结构不意图 f i 晷1 - 9s c h 蝴a t i cd i a g r a mo f s p a r kp i a s m as i i 】锄。i i l 烈s p s ) ( 3 ) 放电等离子烧结【5 5 l ( 如图1 9 )放电等离予烧结技术( s p a r kp i a s m a s 抵d n g ，简称s p s ) 是用馔一o f f 壹滚脉冲电流通电烧结的加压烧结法之一。 它除了具有热聪烧结的特点外，通过对电极通入直流脉冲电流瞬时产生的放电等 离子使烧结体内部各个颗粒均匀地自身产生焦耳热并使颗粒表面活化，与通常所 采用的热压烧结法( h p ) 、热等静筮烧结法( h 口) 以及常厩烧结法( p l s