SmCo/NdFeB复合磁体的研究

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在过去的几十年中已开发了各种性能优良的单相稀土永磁体。每种类型的单相永磁体都有各自的优势和劣势,Sm-Co系磁体使用温度比较高,但是它的剩磁和磁能积较低,而Nd-Fe-B系永磁体拥有较高的剩磁和磁能积,但居里温度只有585K左右,温度稳定性差,导致它并不能在高温环境下得到很好的应用。如果能够兼具Sm-Co和Nd-Fe-B单相永磁各自的优点,则对进一步拓宽永磁材料的使用范围具有重要意义。本文分别利用传统粉末冶金烧结法、粘结法、热压热变形法制备SmCo/NdFeB复合永磁体,并考察了三种磁体的磁性能与微观结构。传统粉末冶金烧结法制备的磁体由于烧结温度高、烧结时间长,复合磁体中Sm-Co与Nd-Fe-B在相界面发生互扩散,Sm-Co较难成相。扩散作用导致Sm较多分布在Nd-Fe-B的富稀土相中,Co大部分留在Nd-Fe-B主相中,与Fe形成置换关系。随着Sm-Co在复合磁体中的比例增加,复合磁体的磁性能呈下降的趋势,Sm-Co含量占复合磁体的5wt%时磁能积达25.62MGOe,而Sm-Co含量超过10wt%之后磁性能急剧下降。为了防止稀土元素互分解,利用高熔点金属(Ta,Au)作为隔绝层,制备复合磁体,扩散有所减弱,但磁性能仍不理想。利用放电等离子烧结(SPS)固溶法制备粘结复合磁体,摸索出了最佳粘结工艺:粘结剂添加量2wt%,SPS固化温度110℃,SPS固化压力400MPa,SPS固化时间5min。当Sm-Co与Nd-Fe-B的比例为2:8时,SPS固溶制备的SmCo/NdFeB复合磁体的磁性能:Br=0.69T,Hcj=10.09kOe,(BH)max=10.12MGsOe,ρ=6.12g/cm3;普通粘结法制备的复合磁体磁性能:Br=0.585T,Hcj=9.973kOe,(BH)max=7.222MGsOe,ρ=5.87g/cm3。与普通粘结法相比,SPS固溶粘结法制备的粘结复合磁体性能有所提高。由于粘结法制备的SmCo/NdFeB复合磁体不需要进行高温烧结,避免了扩散现象对磁体性能的影响。利用SPS热压热变形技术制备SmCo/NdFeB复合磁体,将Sm-Co与Nd-Fe-B以2:8比例混合,进行热压热变形,最佳变形量为70%,其性能为:Br=8.21kGs,Hcj=16.19kOe,(BH)max=28.79MGsOe,ρ=7.73g/cm3。热压磁体晶粒尺寸达100纳米左右,经热变形后,磁体的晶粒尺寸明显长大,成长条状。运用SPS技术进行热变形的温度较低,使复合磁体相界面的元素扩散现象得到了一定的抑制。综上所述SPS热压热变形法是目前制备SmCo/NdFeB复合磁体比较理想的方法。
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