1、（20届）本科毕业设计NDFEB纳米双相组织的XRD表征XRDCHARACTERIZATIONSOFNDFEBNANOCOMPOSITESTRUCTURE所在学院专业班级应用化学学生姓名学号指导教师职称完成日期年月I摘要【摘要】采用热压/热变形工艺制备纳米复合ND9FE845CO1B55永磁体，采用XRD表征磁体微观结构，利用MAUD软件计算分析得出XRD的表征磁体的物相、晶格参数、晶格畸变量、磁体晶粒尺寸和微观应变量，结果表明，变形量从54升高到74，纳米复合磁体ND9FE845CO1B55物相含量不变，双相晶胞参数都有所增加，晶格畸变量有所减小，平均晶粒尺寸明显减小，热变形变形量的增加有效
2、地改善了磁体的微观结构。【关键词】纳米双相；热变形；晶粒尺寸；微观应变量IIXRDCHARACTERIZATIONSOFNDFEBNANOCOMPOSITESTRUCTUREABSTRACTNANOCOMPOSITEND9FE845CO1B55MAGNETSWEREPREPAREDBYHOTPRESSED/DIEUPSETPROCESSMAGNETSMICROSTRUCTUREWASCHARACTERIZEDBYXRDXRDCHARACTERIZATIONSWEREANALYSEDBYMAUDSOFTWARE,WHICHAREPHASE、CELLPARAMETERS、LATTICEDISTOR
3、TION、GRAINSIZEANDMICROSTRAINTHERESULTSSHOWTHATTHEAVERAGEGRAINSIZEREDUCEDSIGNIFICANTLYANDTHEGRAINSIZEOFMAINPHAZEISEFFECTIVELYREFINED,WITHTHEINCREASEOFDEFORMATIONRATIOFROM54TO74INNANOCOMPOSITEND9FE845CO1B55MAGNETSPHASECONTENTSKEEPTHESAME,ANDBOTHTWOPHASECELLPARAMETERSINCREASED,THEAMOUNTOFLATTICEDISTORT
4、IONDECREASEDANDTHEGRAINSIZEDECREASEDOBVIOUSLYSOTHEMICROSTRUCTUREISDEVELOPMENTEDBYTHEINCREASEDHEIGHTREDUCTIONRATIOKEYWORDNANOCOMPOSITEMAGNETS；HOTDEFORMATION；GRAINSIZE；MICROSTRAIN。III目录1资料综述411稀土永磁材料发展历程412纳米晶双相复合稀土永磁材料4121纳米晶双相复合稀土永磁材料的分类4122纳米晶双相复合稀土永磁材料的特点4123纳米晶双相复合稀土永磁材料的发展历程5124提高纳米晶双相复合稀土永磁材料的磁
5、性能513XRD表征814选题背景及意义92实验1021实验方法1022测试113结果与讨论1131XRD表征热变形磁体物相含量1132XRD表征热变形磁体晶胞参数及其晶格畸变量1233XRD表征热变形磁体晶粒尺寸及微观应变量134结论16参考文献17致谢错误未定义书签。41资料综述11稀土永磁材料发展历程稀土永磁材料是生产现代电子信息产业的必备材料之一，小到手表、录音机、照相机、VCD、手机、硬盘，大到发电机、医疗仪器设备、汽车等，稀土永磁材料无所不在，与人们的生活息息相关。当今的社会要求电子产品的尺寸进一步缩小，性能进一步改善，人们对稀土永磁材料性能的要求也越来越高。人们发现稀土永磁材料是
6、从上世纪60年代初开始的，它是以稀土金属元素与过渡族金属所形成的金属间化合物为基体的永磁材料，简称为稀土永磁。至今，稀土永磁材料经历了三代发展过程1SMCO515系列、2SM2CO17217系列和3NDFEB系列。1和2代永磁材料属SMCO系，具有较好的温度稳定性和较高的磁性能，也有较高的居里温度，但在自然界中SM和CO的含量都较少，而且CO为稀有战略元素，因此SMCO系永磁体的不能广泛地推广应用。而第3代NDFEB系永磁材料具有较高的磁性能，相对1和2代，价格也较低，因此受到了广泛的关注，发展迅猛。12纳米晶双相复合稀土永磁材料111纳米晶双相复合稀土永磁材料的分类纳米晶双相复合稀土永磁体是
7、国际上八十年代末才开始竞相研究的一种新型稀土永磁材料，NDFEB系纳米晶双相稀土永磁材料是一种由纳米晶硬磁相和软磁相组成（硬磁相提供高的矫顽力，软磁相提供高的饱和磁化强度），在两相界面间存在着交换耦合作用而使剩磁增强的新型材料。由于这类材料具有稀土含量低、综合磁性能好等优点，已被世界市场所接受。NDFEB系纳米晶双相稀土永磁材料的分类按相的组成来划分大致可分为三类1（1）以硬磁相ND2FE14B为基体，软磁相FE弥散分布在基体相中的ND2FE14B/FE型；（2）以软磁相FE3B为基体，含少量ND2FE14B硬磁相的FE3B/ND2FE14B型；（3）以软磁相FE为基体，含少量ND2FE14B
8、硬磁相的FE/ND2FE14B型。112纳米晶双相复合稀土永磁材料的特点自1988年荷兰学者科埃霍尔恩RCOEHOORN等成功制备出了相组成为ND2FE14B/FE3B的纳米复合永磁材料,这种永磁材料是利用硬磁相的高磁晶各向异性和软磁相的高饱和磁化强度的优点，通过纳米尺度下两相晶粒间的铁磁交换耦合作用来获得优异的磁性能。由于其5稀土含量少，价格便宜，抗蚀性好，使用温度高等特点2，理论还预言，其最大磁能积可超过100MGOE，这是迄今为止人们所知道的最高磁能积，具有潜在的开发应用前景，有望发展为新一代高性能稀土永磁材料。113纳米晶双相复合稀土永磁材料的发展历程人们投入了大量的精力，从不同方面来
9、研究纳米复合磁体进。但是，长时间的研究不能得到应有的回报，实验所得到的纳米复合永磁体磁能积的实验值与理论值相差甚远。科学家研究分析了这种状况，主要原因是材料的微结构与理论模型差异较大。例如，理论要求的晶粒尺寸为D10NM，而实际制备的复合纳米晶永磁材料的晶粒尺寸为20100NM。于是，近年来，人们通过不同实验来研究纳米晶复合永磁，主要是通过添加元素、改良软和硬磁性相比例、改进工艺或选取好的工艺来实现理想模型的要求，以获得具有纳米尺度特征的磁性相组织，从而提高纳米晶复合永磁材料磁性能。114提高纳米晶双相复合稀土永磁材料的磁性能A添加元素科学家研究得，纳米复合永磁材料的显微结构和磁性能与合金成分
10、密切相关，因此人们通过调节合金成分来改变相组成、相体积分数和显微结构来改善磁性能。纳米复合永磁材料的磁硬化是来自相邻硬磁相晶粒和软磁相之间交换耦合作用，为了获得优异的磁性能，硬磁相与软磁相的晶粒尺寸以及其相对体积分数要符合一定的比例。选择合理合金成分及添加微量元素是有效途径之一。根据添加元素原子在合金晶粒结构中的位置以及所起作用，可以把添加元素分为替代型和掺杂型两类3。添加替代型元素是指用稀土元素、过渡族元素及类金属元素原子替代硬或软磁性相中的ND、FE、B原子，从而来提高其内禀磁性。通常采用PR、TB、DY等元素替代ND。实验得PR2FE14B的各向异性场为87T，比ND2FE14B的各向异
11、性场67T高，所以用部分P替代ND，可以提高硬磁性相的各向异性，但使居里温度稍微降低，降低了约20K。如果用TB（各向异性场为22T）、DY（各向异性场为15T）替代ND，则就能大幅度的提高硬磁性相的各向异性和磁体的矫顽力。但由于重稀土元素TB、DY的原子磁矩与过渡族FE原子的磁矩方向相反，这样替代会使硬磁性四方相的分子磁矩减小，导致磁体的饱和磁矩及剩磁降低。另外，TB的价格较贵，所以通常用粒子数分数是3的DY来替代ND。ZHONGMINCHEN等4研究了用元素MMCR，NB，TI，ZR替代FE对快淬纳米复合PR8FE84NB2B6磁体的结构和磁性能的影响，结果表明用少量的M元素取代FE能细化
12、晶粒，6能较好的提高硬磁性能。其中用NB取代FE所制备PR8FE84NB2B6磁体的磁能积为143KJM，矫顽力达到518KAM，这两者增加得最明显。CHEN等5人在研究纳米复合NDFEB磁体时，用C替代软磁性相FE3B中的B，出现斜方FE3B,C相，其矫顽力比四方FE3B相的低，致使合金的矫顽力下降，也降低了居里温度和饱和磁化强度。掺杂元素，是指添加元素原子不取代软硬磁性中的相应原子，而是以脱溶物的形式析出于晶粒边界，来阻止晶粒长大，使晶粒细化，改善纳米复合磁体的微结构，提高内禀磁性从而提高合金的硬磁性能。常用掺杂性元素有GA、AI、CU、CO、NB、ZR、V等。YANG等6研究了添加元素C
13、U和TI对ND2FE14B/AFE纳米磁体的微结构与磁性能的影响。结果显示添加CU能促进AFE相的结晶，而添加TI则相反，抑止AFE相的结晶。如果在NDFEB合金中单独加入元素CU，则在NDFEBCU快淬带晶化过程中AFE相将直接从非晶相分离出来，而且AFE晶粒快速长大。若同时加入CU与TI，就可以有效地抑制AFE晶粒的长大，有利于形成更均一的微结构从而提高磁体的硬磁性能。所以，添加CUTI是提高纳米复合磁体磁性能的有效途径。YINGLIU等7研究得，热压磁体随着ZR的添加，剩磁（BR）和矫顽力（HCI）下降。经过热变形，比ND135FE775CO3B6织构程度低甚至在变形速率高于65时，难以
14、得到所需的对齐方式的ND135FE765CO3ZR1B6磁铁。在对热压和热变形磁体微观结构的研究表明，ZR的添加使热压磁体的晶粒细化，根据能量色散谱的结果，热变形后仍然存在很多织构贫乏的ZR含量高于1AT的地方，这表明，ZR的加入能延缓晶粒的生长和织构在热压热变形的发展。AMGABAY等8在研究CU和GA添加对热变形纳米复合磁体R2FE14B/AFE各向异性的影响RPR,ND中指出添加CU元素可促进2141相织构的形成,RPR的织构形成能力优于RND。在稀土R8AT的含铜磁体中未发现织构形成。同时，添加CU提高热压热变形纳米复合磁体R2FE14B/AFE的剩磁和磁能积，但降低了矫顽力34KOE
15、。矫顽力偏低一方面由于添加CU提高了磁体中AFE相体积分数，另一方面由于AFE相晶粒太大，软硬磁性相之间以静磁耦合作用为主。添加GA可以显著提高含铜热变形纳米复合磁体R2FE14B/AFE的磁性能。机械合金化热变形磁体的PR12FE80CU1GA1B6的磁能积极为4MR13KG,HCI37KOE和BHMAX234MGOE。熔体快淬法热变形磁体PR1125FE8075CU1GA1B6的最佳磁能积为BHMAX199MGOE，其中软磁相AFE含量分别172和162WT。B改良软、硬磁性相比例理论上当软磁性相体积分数达到75、晶粒尺寸为10纳米时，纳米复合永磁合金的剩磁7增强效应更明显，虽然矫顽力稍有
16、下降，但磁能积仍然很高，可达到500KJ/M3。但是BAUER等9的实验结果表明双相复合永磁体的矫顽力随软磁性相比例的增加而下降，当磁性相体积分数为3O时，纳米复合永磁合金具有最好的硬性能，其矫顽力H422KA/M，磁能积最大，为185KJ/M。由此看来，纳米合磁体的综合磁性能最好时，软磁性相的比例一般控制在3040之间。C改善工艺通常采用以下几种方法改善晶化过程从而提高磁体的磁性能。快速加热晶化处理10，是用极快的升温速度（一般高于60/MIN）将非晶薄带升温到硬磁相晶化温度进行短时间保温，并快速冷却，让硬磁相和软磁相同时析出。如果加热速度低于60/MIN，这时会出现ND2FE23B3和ND
17、3FE62B14中间相，加热速度高达90/MIN时，不会出现中间相，并且随加热速度提高，软、硬磁相有均匀分布的微结构，且晶粒尺寸变小，从而获得比传统退火更高的磁性能。动态晶化热处理11，在特制的动态晶化热处理炉中进行，动态晶化炉分加热段和冷却段，并且样品在加热、冷却过程中炉体可旋转，这样可使样品快速升温到相变点进行短时保温，然后快速冷却，同时保证样品受热均匀。张然等12将ND105FE,CO,ZR834B61合金经685，8MIN动态晶化时获得的最佳磁性能为BR0684T，HC685KA/M，BHMAX79KJ/M3，晶粒尺寸仅有1025NM。由此可见，动态晶化不仅可以降低晶化温度、缩短晶化时
18、间，而且能够较大幅度提高磁性能。加之动态晶化可以实现NDFEB磁粉的连续化热处理，非常适合工业化生产，是一种值得提倡和推广的方法。D选用好的工艺研究纳米复合永磁材料的磁性能与材料的晶粒尺寸，晶粒取向等密切相关，而制造工艺对这些状态影响很大。而熔体快淬法、机械合金化法和HDDR法等制备的都为粉体材料，磁控溅射法得到的为薄膜，因此这些制备工艺在应用中受到了限制。而且用快淬法还是用机械合金化法制备出的材料都是各向同性的，其剩磁较低。热压/热变形法和放电等离子烧结法及其改进措施，如施加高压、加压的同时施加电流等可用来制备纳米晶块状磁体，且取得了很大的进展。其中热变形法取得的成绩最为突出13,14。理论
19、上各向异性磁体的磁能积是各向同性磁体磁能积的四倍，因此，用热变形法来制备各向异性纳米复合磁体受到了极大的关注。杨白等10以晶态纳米复合永滋粉末为原料，研究了热压，热变形工艺参数与磁体密度和磁性能的关系。实验中制备出的热压，热变形磁体的密度高达7508GCM3，磁体的磁能积为61KJM3。结果表明，温度是影响热压，热变形磁体性能的重要因素。磁体在平行于压力方向的磁性能稍高于垂直于压力方向的磁性能，体现出微弱的各向异性。8姜忠良等14对名义成分为ND9FE76CO5ZR3AI快淬粉进行热压/热变形，变形量66，变形温度1113K时，制备出ND2FE14B/AFE纳米双相永磁体。磁体样品垂直于压力方
20、向的磁性能略高于平行于压力方向，呈现出轻微的各向异性。结论为ND2FE14B/FE纳米双相永磁材料在热压/热变形后没有产生择优长大，在晶体学上仍然是各向同性的。热变形过程中，C轴平行于压力方向的晶粒应变能较低，而C轴为其它方向的晶粒应变能较高。能量较高的ND2FEL4B晶粒向液相中溶解，与此同时，能量低的晶粒向液相中生长。这将导致C轴与压力方向平行的晶粒沿基平面长大成片，形成晶体学上的各向异性。YAN等15热变形ND2FE14B相（00L）织构的形成导致了磁体的强各向异性，热处理磁体仍为各向异性。热变形磁体和沿压力方向压实的热处理磁体相比，最大磁能积和剩磁分别提高了34和9。13XRD表征X射
21、线是一种波长很短约为20006NM的电磁波，能穿透一定厚度的物质，并能使荧光物质发光、照相乳胶感光、气体电离。在用电子束轰击金属“靶”产生的X射线时，原子受到X射线光子或其他微观粒子的激发使原子内层电子电离而出现空位，原子内层电子重新配位，较外层的电子跃迁到内层电子空位，并同时放射出次级X射线光子，即X射线荧光。较外层电子跃迁到内层电子空位所释放的能量等于两电子能级的能量差，因此，X射线荧光的波长对不同元素是特征的。可通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等。因其便捷、准确、无损，广泛被认为是目前研究晶体结构如原子或离子及其基团的种类和位置分布
22、，晶胞形状和大小等最有力的方法。射线波长与晶体中的原子间距属于同一数量级，应用射线在晶态和非晶态物质中的衍射和散射效应，所获得的衍射角2和衍射强度I构成的衍射谱（衍射花样）记录了试样物质的结构特征。对于晶体将显示各晶面族的X衍射峰的位置、按布拉格公式计算出的晶面间距D值、峰强、峰宽、峰的位移和峰形变化等信息。X衍射方法对试样的纯度没有什么要求，混合物中各种物相的衍射峰在同一张图上都能呈现出来。故X衍射方法也可用于混合物的定量分析。通过样品的X射线衍射图与已知的晶态物质的X射线衍射谱图的对比分析便可以完成样品物相组成和结构的定性鉴定。衍射花样是物质的“指纹”。迄今为止全世界科学家已认识并编制的七
23、万多种纯物质标准衍射“指纹”（国际衍射数据中心ICDD卡），存在仪器计算机中，通过和实验图谱分析比较，就可识别物质或物相。X衍射分析给出的结果直接是物质的名称、状态和化学式，是元素之间的结合形式或所含元素的存在形式（单质、固溶体、化合9物）。对于化学式相同结构性质不同的各种同素异构体的分析是其它方法无法比拟的。XRD还可以测定材料中晶粒的大小或其排布取向材料的织构等等，晶态物质组成元素或基团如不相同或其结构有差异，它们的衍射谱图在衍射峰数目、角度位置、相对强度次序以至衍射峰的形状上就显现出差异。因此，通过对样品衍射强度数据的分析计算，可以完成样品物相组成的定量分析。在衍射仪获得的XRD图谱上，
24、如果样品是较好的“晶态”物质，图谱的特征是有若干或许多个一般是彼此独立的很窄的“尖峰”其半高度处的2宽度在0102左右，这一宽度可以视为由实验条件决定的晶体衍射峰的“最小宽度”。如果这些“峰”明显地变宽，则可以判定样品中的晶体的颗粒尺寸将小于300NM，可以称之为“微晶”。随生成条件和制备工艺的不同，固态物质或材料有可能形成无定形非晶、半结晶、纳米晶和微米晶、取向多晶直到大块单晶。利用计算机数据处理程序，对于非晶可用XRD原子径向分布函数法测定其短程结构；半结晶可测定其结晶度；纳米晶因衍射峰宽化可用谢乐公式计算出纳米晶粒平均尺寸；微米级或更大尺寸的晶粒研成微米级粉末后进行实验可作更多的工作，如
25、未知晶系和晶格参数的确定、固溶度、晶格畸变及应力分析等；对于取向多晶、准单晶直到大块单晶可用ROXRD法鉴别，评价准单晶的质量，测量晶体取向及单晶的三维取向，指导切割加工。陈霞等16用XRD线形分析法表征TIC粉体中的镶嵌尺寸与晶格畸变，采用XRD线形分析（双VOIGT函数）法对球磨行星96H的TIC粉和纳米TIC粉中的镶嵌尺寸和晶格畸变进行了对比分析和表征，并采用TEM法印证。研究结果表明，球磨粉的平均镶嵌尺寸大约为纳米粉的40，而球磨粉的平均晶格畸变大约为纳米粉的5倍。TEM的分析结果与XRD表征结果相吻合。黄继武等17对7A52铝合金MIG焊接头的X射线衍射分析，运用X射线衍射数据分析软
26、件MDIJADE和RIETVELD全谱拟合方法MAUD程序，对该合金焊接接头的不同部位从物相组成、晶格畸变、晶粒大小、微观应变和宏观残余应力等各个方面进行了系统的研究。而且对AL的111和222面衍射峰进行峰形拟合，计算衍射峰的半高宽，以标准SI校正仪器宽度，计算基体的晶粒大小。14选题背景及意义纳米复合永磁材料是一种新型的永磁材料，它是由硬磁性相（如ND2FE14B等）和软磁性相如AFE，FE3B等在纳米范围内复合而成的，这种新型永磁材料与传统的稀土永磁材料相比，它具有高剩磁，高矫顽力，高磁能积，低稀土含量，工艺简单易行以及强耐蚀性等优点。自从1988年荷兰学者COEHOORN等制备出了相组
27、成为ND2FE14B/FE3B的纳米复合永磁材10料以来，纳米复合永磁材料的研究备受重视。在高性能纳米复合永磁材料的研究中，主要是通过添加元素、改良软和硬磁性相比例、改进工艺或选取好的工艺来制备高性能纳米复合永磁材料，也取得了显著的成绩。在制备各向异性纳米复合磁体的研究中，采用热变形工艺有利于磁体织构的形成。在塑性变形过程中，相对于软磁相，金属间化合物的硬磁相滑移系较少，表现得难于变形。因此两相晶粒在处于不同的应力状态下变形性质和大小各不相同，而且是相互约束着。然而，如何让硬磁相择优取向，发生塑性变形，对硬磁相应力集中分布状况，及其应变量检测方面的研究甚是关键。在热变形NDFEB纳米双相磁体的
28、研究中，XRD测试分析是表征两相纳米晶尺寸和微观应变的主要手段，其结果对研究热变形组织演化、阐释磁硬化机制都有着重要的意义。本论文拟针对热变形NDFEB纳米双相组织XRD图谱的特点，应用MAUD软件对其进行解析，建立变形量与平均晶粒尺寸和微观应变量之间的关系曲线。2实验21实验方法1）首先将原材料ND、FE、CO（纯度均大于995）及B（以FE20B中间合金的形式加入）按名义组分ND9FE845CO1B55进行配料称量，然后将称量好的原料放入电弧熔炼炉的水冷CU坩埚中。2）用机械泵预抽真空，等抽真空到101PA，再启动分子泵抽真空至3104PA。3）向真空室充入高纯氩气作保护气氛，开始熔炼，大
29、功率送电使炉料完全熔化，再低功率熔炼10MIN后断电，冷却成铸锭。4）为使合金成分均匀，反复熔炼铸锭三次。（5）熔炼所得到的合金铸锭放入LZK12A型熔体快淬炉的铜坩锅中,先抽真空至18103PA，然后充入氩气作为保护气氛，电弧重熔合金铸锭为液体后将其快速浇铸到钼辊上，制备辊速为35M/S的快淬薄带。（6）将制备好的快淬薄带研磨，然后过筛得到颗粒尺寸大约为100M的粉体，随后将该粉末装入合金模具，放到热压炉系统中，将炉门关闭。然后抽真空至57103PA时，升温到设定值，然后将样品伸入炉腔中保温2MIN后，热压/热变形得到了块状磁体。热压条件为热压温度720、压力10KN、热压时间10MIN。（
30、7）将热压磁体退出模具后，放入内径较大的合金模具中热变形。热变形条件为压力在40MPA60MPA之间，ND9FE845CO1B55热变形温度为870，变形2分钟，变形量为1174和54。22测试用D8ADVANCE型多晶X射线衍射仪对热压/热变形块状磁体进行物相分析，采用CUK靶，4KV加速电压，40MA管电流，以AL2O3作为标准样品制作仪器的半高宽补正曲线。用SCHERRER公式计算变形量为54和74的磁体内ND2FE14B相的平均晶粒尺寸。采用日立公司S4800型场发射扫描电镜观察了样品的微观结构。结果与讨论31XRD表征物相含量应用全谱拟合分析软件MAUD，拟合磁体的X射线衍射的图谱,
31、该磁体在变形量分别为54和74，1143K的温度下热变形ND9FE845CO1B52MIN得到的磁体。拟合结果为加权图形剩余方差因子RW分别为48和51，拟合优值S分别为117和112，接近理想拟合优值1。说明实验图谱和计算图谱拟合比较良好。图中，2141表示硬磁相ND2FE14B，ALFAFE表示软磁相FE。图1热变形ND9FE845CO1B55磁体的XRD拟合图谱（变形量为54）12图2热变形ND9FE845CO1B55磁体的XRD拟合图谱（变形量为74）表1为由拟合图谱得到不同变形量下，热变形ND9FE845CO1B55磁体的物相含量。由该表所知，54和74的变形量下，ND2FE14B相
32、的质量分数分别为7537和7667，软磁相FE的体积分数分别为2394和2276，变化不明显。HEIGHTREDUCTION/ND2FE14BFEWT/VOL/WT/VOL/547537760624632394747667772423332276表1ND9FE845CO1B55热压/热变形磁体的ND2FE14B相和FE相的物相含量32热变形磁体的XRD表征晶胞参数及其晶格畸变量表2是热压/热变形ND9FE845CO1B55磁体中，ND2FE14B相和FE相的晶格畸变量。硬磁相ND2FE14B单晶晶胞参数为，A008805NM,C012206NM。对于软磁相FE单晶晶胞参数，A002867NM。
33、从表2看出，热变形下双相晶胞参数都是有所增加。随着变形量由54增加到74，ND2FE14B相和FE相的晶格畸变量有所减小。其中硬磁相ND2FE14B的晶胞参数A和C的晶格畸变量分别减少了025和007，软磁相FE的晶胞参数A的晶格畸变量减少了003。说明随变形量的增加，相对于软磁相，硬磁相晶格畸变越来越困难，所以得到的磁体晶粒尺寸和微观应变相对于变形量54来说应该要小。13HEIGHTREDUCTION/5474ND2FE14BFEND2FE14BFEA/NM08837028760881502875AA0/A0100036031011028C/NM1224212235CC0/C01000290
34、24表2热压/热变形ND9FE845CO1B55磁体中ND2FE14B相和FE相的晶格畸变量33XRD表征热变形磁体晶粒尺寸和微观应变量表3为54和74变形量下，热变形ND9FE845CO1B55磁体中硬磁相ND2FE14B和软磁相FE的平均晶粒尺寸和微观应变，分别表示为DH、DS、H和S。由表可知随变形量的增大，两相的平均晶粒尺寸和微观应变显著减小。变形量为54时，ND2FE14B相和FE相的平均晶粒尺寸分别为6104NM和5176NM。变形量增加到74时，平均晶粒尺寸分别为1923NM和2236NM。说明提高变形量，有利于细化晶粒，改善磁体的微观结构。HEIGHTREDUCTION/DH/
35、NMDS/NMH/S/54610451760400267419232236002023表3不同变形量下热变形ND9FE845CO1B55磁体双相的平均晶粒尺寸和微观应变ND2FE14B相和FE相的微观应变也分别由变形量54时的040和026，降低为变形量74时的002和023。表明随变形量的增大，晶粒尺寸和及其微观应变呈降低趋势。特别是对于硬磁相ND2FE14B，微观应变由040降低为002，表现出更加难于变形的特点。一方面由于纳米尺度的细小晶粒，随晶粒尺寸的减小，可明显的提高晶粒的硬度。另一方面与金属软磁相FE相比，由于硬磁相为四方相结构的化合物，滑移系少，承担较多的应力，应力通过FE相的变
36、形得到了释放。在贫稀土合金中，大量的软磁相的存在不利14于硬磁相的变形。这主要源于两相微观结构特征及其性能的差异性。所以，我们对它做进一步的检测。如图3所示为870温度下热变形ND9FE845CO1B55变形量分别为54和742MIN所得磁体的X射线衍射图。由图可以看出，所得磁体由ND2FE14B相和FE相组成，两磁体均出现了ND2FE14B相004晶面衍射峰，但较弱。FE相110晶面的衍射峰与ND2FE14B相006晶面的衍射峰峰位重叠，所以不能判断是否存在006晶面的衍射峰。对比可知变形量为74的磁体的衍射峰比变形量为54磁体的要宽，如FE相211和ND2FE14B相212晶面的衍射峰，根
37、据SCHERRER公式计算平均晶粒尺寸，如下式COS890HKLD其中为X射线入射波波长、为X射线入射方向与晶面间夹角。由衍射峰的半高宽宽化值HKL可以求得晶粒尺寸D。所以在变形量较大的磁体内晶粒尺寸较小。用SCHERRER公式计算变形量为54和74的磁体内ND2FE14B相的平均晶粒尺寸，分别为25NM和18NM。低于应用MAUD软件计算的晶粒尺寸61NM和19NM。前者仅考虑到晶粒细化对晶粒尺寸的影响，后者考虑到晶粒细化和微观应变两方面的影响。而微观应变确实存在，已被前面计算结果证实，其影响是不能被忽略的。图3ND9FE845CO1B55热变形磁体的X射线衍射图变形量分别为54和7415如
38、图4所示为1143K热变形ND9FE845CO1B55所得磁体的SEM图，AB是变形量为54的热压/热变形磁体的SEM图像，CD是变形量为74的，其中，B和D图分别是A和C图放大倍数更高的图像。可见，疏松的热压磁体经热变形已致密、没有孔洞、晶粒基本呈等轴状。对比图4A和C图，变形量为74的磁体内ND2FE14B相晶粒分布较为均匀，晶粒尺寸较小，与X射线衍射结果一致。由SEM图，分别测量变形量为54和74的磁体内ND2FE14B相的平均晶粒尺寸，大小分别为90NM和40NM。由图4B和D可看出，两磁体的某些区域有两个或多个ND2FE14B相晶粒融合在一起，这种分布不利于磁性能的提高。图4ND9F
39、E845CO1B55热变形磁体的扫描电镜图，变形量54A,B,74C,D应用MAUD软件对X射线衍射图进行分析以及由SEM电镜图得到的晶粒尺寸，结果都反映的晶粒尺寸随变形量的变化关系是一致的。即随着磁体变形量的增大，磁体晶粒变的更小，变的更加均匀。对FE、TI、AL和NI等一系列金属及其合金进行控制热变形的实验研究表明，在恒温恒应变速率条件下，变形量足够大的热变形组织将会发生动态再结晶18,19。在动态再结晶过程中，随着变形量增大，再结晶形核速率N和长大速度V都增大，同时N/V的比值也增大，因此产生了超细晶20。据此我们认为，本实验中当热变形量为54时，所产生的储存能不足以在变形组织中引发动态
40、再结晶，所以热变形样品的晶粒尺寸与热压样品的大小接近。而当热变形量达到74时，变形组织中的两相都发生了动态再结晶过程，产生了更加细小的再结晶晶粒。163结论（1在热变形温度870、应变率1103的条件下对ND9FE845CO1B55热压样品进行单轴压缩热变形，54和74的变形量下，用XRD表征得ND2FE14B相的质量分数分别为7537和7667，软磁相FE的体积分数分别为2394和2276，基本保持不变。（2用XRD表征热压/热变形ND9FE845CO1B55磁体，双相晶胞参数都是有所增加，随着变形量由54增加到74，ND2FE14B相和FE相的晶格畸变量有所减小。相对于软磁相，硬磁相晶格畸
41、变越来越困难。（3变形量54的样品中未发生动态再结晶，其硬、软磁性相的平均晶粒尺寸分别为6104NM和5176NM，与其热压状态时的变化不大。而变形量74的样品中发生了动态再结晶，导致其硬、软磁性相的平均晶粒尺寸分别显著减小至1923NM和2236NM。提高变形量，细化了晶粒，改善了磁体的微观结构。ND2FE14B相和FE相的微观应变也分别由变形量54时的040和026，降低为74时的002和023。表明，随着变形量的增大，晶粒尺寸减小。17参考文献1李玉平,胡连喜,郭斌NDFEB系纳米双相复合永磁材料研究现状及发展趋势J稀有金属材料与工程,2007,361381422包小倩,周寿增,王佐诚,
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