高性能烧结钕铁硼永磁材料的研究

摘要

钕铁硼（Nd-Fe-B）磁体按其制备工艺，分为两种，一种是烧结Nd-Fe-B，另一种是粘接Nd-Fe-B。Nd-Fe-B磁体作为第三代永磁材料，其硬磁性能最高、发展较快、应用范围广泛，主要应用在风力发电、交通运输、航空航天、计算机、家电、医疗等领域。其中风力发电是一种比较廉价且储量丰富的新型清洁能源，市场前景广阔，但是风力发电机的工作环境比较恶劣，需要克服高温、严寒、风蚀潮湿等环境，工作寿命较短，因此风力发电机对Nd-Fe-B磁体的综合性能有较高要求。 Nd-Fe-B磁体的理论磁能积达64 MGOe，2006年实验室样品已达59.6 MGOe [1]。风力发电中使用的烧结Nd-Fe-B磁体牌号有38H、45H、52H等，其中38H、45H已经批量化生产，高性能52H磁体国内批量化生产的单位较少。主要原因是生产设备陈旧、工艺技术比较落后。为了进一步开拓烧结Nd-Fe-B磁体的市场，使得烧结Nd-Fe-B磁体应用于高端领域，我们开展了高性能烧结Nd-Fe-B磁体新工艺的研究。本文主要通过使用先进的生产设备、采用双合金技术、优化合金成分等方法，使得磁体性能满足高性能52H磁体的要求。主要研究工作如下： 本文以52H产品为例，采用熔炼速凝薄带工艺、氢破碎、气流磨制粉工艺、压型工艺、真空烧结工艺制备了烧结Nd-Fe-B磁体。在制备过程中，对熔炼炉的主要工装设备进行了改进，尤其对下中间包出液口的宽度和高度以及铜辊的转速进行了研究，提高了合金厚度的一致性，保证Nd-Fe-B合金速凝薄带的厚度控制在0.2-0.4 mm。优化了合金熔炼工艺，选用适用于52H合金产品的熔炼温度、浇注温度。采用双合金技术，用多元少量复合添加元素的方法和微结构调控技术改善主相和晶界相的微观结构，在熔炼过程中添加了金属元素Dy、Ga、Cu、Al等；研究了不同冷却速度对合金微观结构的影响，最终获得的合金柱状晶结构均匀，无等轴晶、非晶、α-Fe等晶体缺陷存在，富Nd相分布均匀，不存在块状的富Nd相团聚现象，为获得高性能的52H磁体做了准备。在烧结过程中确定了不同的烧结温度、升温速率、真空度，优化了磁体的微观结构。同时整个生产过程严格控氧，防止磁体氧含量过高影响磁体的性能。最终生产的磁体样柱在20℃（D10*10 mm）的性能满足：Br≥14.2 kGs、Hcj≥17.5 kOe、HK/Hcj≥0.97。

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摘 要

Abstract

第一章 概述

1.1永磁材料

1.2永磁材料的发展历程

1.3永磁材料的技术磁参量

1.4高性能烧结Nd-Fe-B磁体的理想微观结构

1.4.1烧结Nd-Fe-B的边界显微结构

1.4.2烧结Nd-Fe-B永磁体Hcj的表达式

1.4.3烧结Nd-Fe-B永磁材料边界结构特征与Hcj的关系

1.4.4提高烧结NdFeB永磁体Hcj的途径

1.5烧结Nd-Fe-B永磁材料的具

1.5.1汽车工业

1.5.2电机行业

1.5.3风力发电行业

1.6烧结Nd-Fe-B磁体的发展现状

1.7选题的目的和意义

第二章 实验方法及原理

2.1研究内容

2.2主要研究方案

2.3 实验原材料

2.4实验设备

2.4.1中频感应熔炼炉

2.4.2 氢破碎炉

2.4.3 气流磨制粉机（JM）

2.4.4成型压机

2.4.5真空烧结炉

2.4.6粉末粒度测试

2.4.7磁测试设备

2.4.8　X射线衍射仪（XRD）

2.4.9扫描电子显微镜（SEM）

第三章 熔炼关键工装设备对Nd-Fe-B铸片合金质量的影响

3.1熔炼设备的关键工装及其作用

3.2主要工装对Nd-Fe-B铸片合金质量的影响

3.2.1熔炼用坩埚对合金质量的影响

3.2.2中间包尺寸对合金厚度的影响

3.2.3铜辊对合金质量的影响

第四章 熔炼工艺对Nd-Fe-B合金铸片微观结构的影响

4.1熔炼工艺设计及原理

4.1.1熔炼工艺概述

4.1.2 烧结Nd-Fe-B的凝固机理

4.2采用速凝薄带（SC）工艺技术制备烧结Nd-Fe-B合金

4.3熔炼温度对速凝薄带Nd-Fe-B合金铸片质量的影响

4.4浇注温度对Nd-Fe-B合金铸片微观结构的影响

4.5熔炼冷却速度对Nd-Fe-B合金铸片微观结构的影响

4.6 Nd-Fe-B磁体的测试结果

4.6.1 Nd-Fe-B磁体在电子显微镜下的背散射像

4.6.2密度测试

4.6.3 Nd-Fe-B磁体退磁曲线

4.6.4磁体失重测试

第五章 结论与展望

参考文献

在学期间的研究成果

致 谢