Fe-Nd-Al系非晶合金磁性能和晶化行为的研究

Fe-Nd-Al系非晶合金在室温下具有硬磁性，人们对其硬磁性的产生机理一直在探讨中。前期工作中发现室温下Fe53Nd37Al10富Fe非晶合金吸铸样品为软磁性，条带样品为硬磁性，该现象与Nd60Fe30Al10合金的磁性能恰好相反。但我们发现该Fe-Nd-Al系合金的硬磁性产生原因都有相似之处。本申请针对此有趣特征，对Fe-Nd-Al系合金的各项磁性能展开深入研究。研究合金成分和冷却速度对Fe-Nd-Al系合金显微组织和磁性能的影响，探明Fe-Nd-Al合金体系具有硬磁性的根本原因，总结出控制该体系合金磁性能的合理工艺方法。针对合金元素对Fe-Nd-Al系合金晶化行为产生的影响，通过实时观察分析合金晶化过程。分析该系列合金的晶化过程中，显微结构和磁性能的对应关系，寻找晶化行为中磁性能发生明显改变的根本原因。

具有硬磁性的Nd-Fe系非晶合金开拓了非晶合金的应用领域，但其存在稀土含量高、饱和磁化强度低等缺点。本项目对Fe-Nd-Al系非晶合金的磁性能、非晶形成能力和晶化行为做了较为深入的研究，研究磁性能与相组成和微观结构的关系。在Fe-Nd-Al合金中提高Fe元素的含量，合金的饱和磁化强度提高，但非晶形成能力有所下降。其中Fe53Nd37Al10合金是非晶形成能力较好、饱和磁化强度较高的Fe基合金。在室温时，Nd60Fe30Al10合金1 mm厚的片状试样矫顽力最大；条带样品矫顽力随着冷却速度增大而逐渐减小，样品都表现硬磁性。辊速为5 m/s和10 m/s的条带样品中存在微小的台阶，曲线不平滑。Fe53Nd37Al10合金1 mm厚的片状试样在室温时近似呈现软磁性，磁滞回线中存在小的滞后台阶，不存在交换耦合作用；辊速为5 m/s和20 m/s的Fe53Nd37Al10条带样品均存在交换耦合作用。随着冷却速度的增大，Fe53Nd37Al10条带样品矫顽力逐渐减小，都呈现硬磁性。在低温下，随着温度的降低，厚度为1 mm的Fe53Nd37Al10片状样品矫顽力基本不发生变化，而具有不同冷却速度的Fe53Nd37Al10条带样品矫顽力明显增大，都存在交换耦合作用。1 mm厚的Fe53Nd37Al10片状样品中，非晶基体内含有大量尺寸不均的条状Nd2Fe17晶化相，并且有少量Nd晶化相多分布于相邻的条状Nd2Fe17之间；辊速为5 m/s的Fe53Nd37Al10条带样品中，非晶基体内含有较多直径约为5 μm的点状Nd2Fe17晶化相以及大量有序团簇；辊速为20 m/s的Fe53Nd37Al10条带样品中含有较多有序性团簇，团簇尺寸约为5 nm；辊速为60 m/s的Fe53Nd37Al10条带样品中有序团簇比例较少，团簇尺寸约为2 nm。在Fe-Nd-Al合金中，随着B元素的相对含量增加，合金的非晶形成能力下降，从软磁性转变为硬磁性，这是由于出现了新的晶态相Nd2Fe14B的缘故。当Fe-Nd-Al-B合金在退火后，合金的内禀矫顽力得到进一步的提高。适量Zr的添加有效地提高Fe-Nd-Al-B合金的非晶形成能力，合金从硬磁性转变为软磁性，Zr的添加使得合金在退火后呈现超顺磁性。少量Dy元素的添加，使得合金Fe-Nd-Al-B的磁性能大幅度提高，Dy的添加使得合金在退火后呈现顺磁性。