高矫顽力HDDR各向异性R2Fe14B型材料的制备及其磁硬化机制和温度特性研究

The coercivity of anisotropic HDDR Nd2Fe14B-type magnetic powders is generally between 10 kOe-13 kOe, and the heat resistance temperature is less than 100℃.Diffusion of Dy into the powders is helpful for improving the coercivity and thermal stability, but the heavy rare-earth metal is rare and expensive. Therefore, it is very important for developing the heavy rare-earth-free anisotropic HDDR powders with high coercivity. We found for the first time that the coercivity of HDDR powders can be enhanced from 13 kOe to 18 kOe by the diffusion of an alloy with a low melting point, and the corresponding thermal stability can be improved. In order to make this method be effective for preparing anisotropic powders with high coercivity and good thermal stability, the following work will be done in our study: .firstly, the microstructural changes and the coercivity mechanism of the anisotropic powders before and after the diffusion heat treatment will be investigated. Secondly, the type and composition of the alloy and the diffusion heat treatment parameters will be optimized to prepare the HDDR powders with high coercivity, good thermal stability and moderate remanence. Finally, the possibility of preparing the HDDR powders with high magnetic properties will be investigated by the combination of optimizing the HDDR process and the subsequent diffusion treatment parameters. Our study is helpful for developing the anisotropic bonded magnet with high magnetic performance, and is also beneficial to the minimization of electrical motor.

HDDR各向异性钕铁硼磁粉的矫顽力通常介于10 kOe-13 kOe之间，最高使用温度不超过100℃，应用受限。添加镝可提高其矫顽力和温度特性，但是镝资源稀缺且价格昂贵，因此迫切需要开发无重稀土且具有高矫顽力的HDDR各向异性磁粉。我们首次发现在HDDR磁粉表面扩散低熔点的合金，可将磁粉的矫顽力由13 kOe提高到18 kOe，并可明显改善磁粉的温度特性。为了把该方法推向实用化，在本项目中我们将在深入研究扩散处理前后HDDR磁粉微观结构变化及其磁硬化机制的基础上，优选合金的类型和成分以及真空扩散热处理制度，实现在尽可能少牺牲磁粉剩磁的基础上，大幅提高磁粉的矫顽力和温度特性。最后我们也将通过优化HDDR磁粉制备工艺和相应调整扩散处理工艺相结合，探索制备具有高综合磁性能HDDR磁粉的可能性。本工作将有助于研究和开发高性能的各向异性粘结磁体，促进电机的小型化和高性能化，为建设低碳经济做贡献。

HDDR各向异性钕铁硼磁粉的矫顽力通常介于10 kOe-13 kOe之间，但其最高使用温度不超过100℃，应用受限。添加镝可提高其矫顽力和温度特性，但是镝资源稀缺且价格昂贵，因此迫切需要开发无重稀土且具有高矫顽力的HDDR各向异性磁粉。通过过去几年的研究工作，成功了解决了上述问题，获得的主要成果如下：第一找到了三种可以制备高矫顽力HDDR各向异性钕铁硼磁粉的方法：（1）发现运用低熔点的Pr-Cu合金对HDDR磁粉进行扩散处理，可以调控HDDR磁粉晶界相的结构和成分，进而可以制备出矫顽力为18 kOe的 HDDR各向异性Nd-Fe-B型磁粉；（2）通过优化HDDR工艺和运用低熔点Pr-Cu合金调控晶界相相结合制备了高矫顽力和剩磁适中的各向异性HDDR磁粉，改进了扩散热处理在提高矫顽力的同时对剩磁的破坏；（3）提出了细化晶粒提高HDDR磁粉矫顽力的方法，通过将HDDR磁粉中晶粒尺寸由400纳米降为250纳米，制备了矫顽力依然可以达到18 kOe、剩磁为1.41 T和磁能积为42 MGOe的磁粉。该方法无需通过后续的扩散处理，仅仅依靠HDDR磁粉成分和工艺的调整就可以同时实现高剩磁和高矫顽力HDDR磁粉的制备。这是一个巨大的进步。第二通过比较的研究方法，系统研究了HDDR各向异性钕铁硼磁粉的磁硬化机制。为此，制备了矫顽力分别为26 kOe、24 kOe和21 kOe的纳米晶、棒状亚微米晶和微米晶的钕铁硼材料，观察了其相应的微观结构和磁畴结构，同时结合起始磁化曲线和微磁学模拟，发现HDDR磁粉的磁硬化机制并不是大家过去一致认为由钉扎占主导，而是由形核占主导。第三，研究和探索了高矫顽力HDDR磁粉制备高矫顽力亚微米晶磁体的可能性。初步制备了矫顽力分别为18kOe和15kOe以及磁能积分别为20MGOe和40MGOe粘结磁体和烧结磁体，磁体性能位于国际前列。本工作将有助于解决当前研究和开发高矫顽力和高使用温度各向异性磁体的困境，进而促进电机的小型化和高性能化，最终使我国经济可以尽快实现低碳和高效的的发展。