钢铁研究总院：通过Dy-Al-Cu合金晶界扩散优化烧结Nd-Fe-Co-B磁体的晶界结构
文摘
科学
2024-08-13 09:01
北京
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7月31日，“Optimizing the grain boundary structure of sintered Nd-Fe-Co-B magnets by Dy-Al-Cu alloys grain boundary diffusion”在线发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。该论文由北京钢铁研究总院研究团队完成，通讯作者为董生智教授。论文指出，通过Dy-Al-Cu合金的晶界扩散处理，显著提高了烧结Nd-Fe-Co-B磁体的矫顽力，同时改善了其微观结构。NdFeB的热稳定性较差，限制了其在高温领域的应用。Co的替代可以提高Curie温度，但Co的富集在晶界相会使晶界相从非磁性变为铁磁性，对矫顽力产生不利影响。本论文针对这一关键问题，提出了使用Dy70Al10Cu20合金作为晶界扩散源的创新方法，以期望通过控制扩散源的涂层厚度来优化磁体的微观结构和磁性能。
实验采用了粉末冶金法制备(Pr,Nd)31.2Co12Cu0.2FebalAl0.3Zr0.1B1(wt.%)磁体。将各组分混合后，通过速凝片经过氢破碎和气流磨过程制备粉末。在2T磁场下取向，随后进行220 MPa的冷等静压后，并在1030℃下进行热处理。将磁体切割成直径8mm、高4mm的圆柱形样品。Dy70Al10Cu20扩散源合金通过电弧熔化制备，粉末通过球磨法生产，平均粒径为3-5μm。将粉末均匀涂覆在磁体表面，涂层厚度分别为0 mm、0.03 mm、0.09 mm和0.15 mm（分别命名为Original, C12-0, C12-1, C12-3, C12-5），然后置于陶瓷坩埚中。磁体随后在真空管式炉中进行920℃、5小时的晶界扩散热处理，随后在480℃下进行2小时的二次回火。实验结果显示，扩散后的磁体矫顽力提高到17.63 kOe，比未扩散的磁体高出9.69 kOe。相组成分析表明，原始磁体含有软磁性2:17相，在扩散后显著减少。
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微观结构观察显示，高Co原始磁体的主相连接且无晶界相。扩散后，磁体内的薄晶界相增加，有效隔离了主相颗粒。在主相颗粒表面形成了富含Dy的壳层，有利于矫顽力的提高。因此，Dy富集壳层的磁硬化和通过晶界相隔离的相邻2:14:1颗粒的交换解耦强化，同时促进了磁体矫顽力Hcj的增加。研究表明，晶界扩散是改善Nd-Fe-Co-B磁体微观结构的有效方法。
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综上，本研究通过使用Dy70Al10Cu20作为扩散源，系统地研究了不同涂层厚度对Nd-Fe-Co-B磁体磁性能和微观结构的影响。当涂层厚度为0.09 mm时，磁体的综合磁性能最高。扩散后，磁体内薄晶界相的增加和晶粒间的退磁耦合效应的增强，以及Dy在主相颗粒表面的壳层形成，均有助于提高磁体的矫顽力。此外，磁体内Co的均匀分布和2:17相含量的显著降低，与Al和Cu在磁体中的扩散行为有关。本工作为优化Nd-Fe-Co-B磁体的晶界结构和降低Co富集相含量提出了一种有效方法。DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172387。引用格式：J. Liu et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials 606 (2024) 172387.欢迎加小编微信号：CisHH9
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