D0I:10.13374/j.issnl00I53.2006.04.013 第28卷第4期 北京科技大学学报 Vol.28 No.4 2006年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2006 Zr和Nb掺杂对Nd2Fe14B/Fe纳米复合 永磁薄带显微组织和磁性能的影响 邹汉昌张茂才包小倩高学绪 周寿增 北京科技大学新金属材料国家重点实验室，北京100083 摘要比较了Zr,Nb掺杂对Nd8.60Fe80.8oCu0.3Zr2-NbB8.30(x=0,1,2)交换耦合纳米复合永 磁薄带相组成、显微结构和磁性能的影响.结果表明：Zr和Nb均能有效地抑制晶粒的长大，Zr与 B结合生成ZB2,消耗了合金中部分B元素，导致合金中硬磁性相N2Fe14B含量的减少.与Zr相 比，Nb能更有效地抑制晶粒长大，提高样品磁滞回线的方形度·仅掺杂Nb的晶化样品Ndg.6o Fes0.8Cu0.3Nb2B8.30具有最佳的磁性能：B.=0.89T,Ha=479.1kAm-1,(BH)mm=107.4k· 关键词纳米复合永磁；掺杂；显微组织：磁性能 分类号TG132.2 双相纳米晶复合永磁材料基于软磁相与硬磁 为使母合金成分均匀，铸锭在高纯Ar气中反复 相在纳米尺度的交换耦合作用，呈现出单一铁磁 熔炼4次，然后用单辊快淬法制备薄带.快淬的 性相的磁化和反磁化特征.目前多采用单辊快 实验参数为：石英管喷嘴0.3mm×15mm,喷射 淬法制备，通过控制辊的表面速度直接获得，或者 压力为0.02MPa,铜辊表面线速度（以下简称为 先获得完全非晶态（或部分非晶态），随后晶化处 辊速)为22ms-1.薄带的晶化处理工艺为：在3 理获得纳米晶复合永磁材料，由于双相纳米晶复 ×10-3Pa真空中700℃晶化处理不同时间，利 合永磁体内的软、硬磁相之间的交换耦合作用属 用X射线衍射(XRD)分析材料相组成、估算晶粒 于短程作用，因而提高磁性能最大的困难就是控 尺寸大小，室温磁性能和磁滞回线测量采用 制两相的晶粒尺寸，近年来，主要是通过改进传 LDJ9600振动样品磁强计，最大外加磁场为1600 统工艺2]，使用新工艺和添加掺杂元素5-6]等 kA'm-1 方式来控制两相的纳米尺度达到提高磁性能的目 的，实验研究表明叮，添加某些难熔金属能够在 2实验结果 晶化过程中完全抑制RFe23B亚稳相的形成，大 图1给出了不同成分淬态样品的室温磁滞回 量的R2Fe23B亚稳相存在会导致晶粒粗化，从而 线.可见，只添加Zr(x=0)的样品，剩磁、矫顽力 降低磁性能，有研究表明，添加少量的Zr或者 和磁能积都非常低，为软磁性特征，这是由于淬态 N凸能够有效地细化晶粒，明显地提高纳米晶复合 样品主要由软磁相a下e和呈软磁特征的非晶态 磁体的矫顽力[8-0).本文主要对比讨论了Zr和 组成：同时含有Zr和Nb(x=1)的快淬样品，矫 Nb掺杂对NdFe4B/aFe双相纳米复合永磁材 顽力虽然也非常低，但是出现两相特征：而对于只 料磁性能影响的差别 添加Nb(x=2)的样品，则表现出较高的矫顽力， 1 实验方法 其磁滞回线外场H=0kAm一处出现了拐弯，带 有明显的两相特征山.从磁滞回线还可以看出随 用真空非自耗电弧炉熔炼名义成分为Nd8.60 x增大，样品J降低 Fe80.80Cu0.3Zr2-xNbB8.30(x=0,1,2)的母合金， 图2给出了不同成分淬态样品的X射线衍 收稿日期.2005-01-11修回日期：2005-10-21 射谱。由图中可以看出，三个样品均由大量非晶 基金项目：国家自然科学基金资助项目(N。,10074005) 态和少量Fe,Nd2Fe1B相组成，随x增大，合 作者简介：邹汉昌(1979一)，男，硕士：张茂才(1949一)，男，研究 员 金晶化现象非常明显，NdFe14B相的衍射峰更加Zr 和 Nb 掺杂对 Nd2Fe14B／α－Fe 纳米复合 永磁薄带显微组织和磁性能的影响 邹汉昌 张茂才 包小倩 高学绪 周寿增 北京科技大学新金属材料国家重点实验室‚北京100083 摘 要 比较了 Zr‚Nb 掺杂对 Nd8∙60Fe80∙80Cu0∙3Zr2－ xNb xB8∙30（ x＝0‚1‚2）交换耦合纳米复合永 磁薄带相组成、显微结构和磁性能的影响．结果表明：Zr 和 Nb 均能有效地抑制晶粒的长大．Zr 与 B 结合生成 ZrB2‚消耗了合金中部分 B 元素‚导致合金中硬磁性相 N2Fe14B 含量的减少．与 Zr 相 比‚Nb 能更有效地抑制晶粒长大‚提高样品磁滞回线的方形度．仅掺杂 Nb 的晶化样品 Nd8∙60 Fe80∙80Cu0∙3Nb2B8∙30具有最佳的磁性能：Br＝0∙89T‚Hci＝479∙1kA·m －1‚（ BH）max ＝107∙4kJ· m －3． 关键词 纳米复合永磁；掺杂；显微组织；磁性能 分类号 TG132∙2 收稿日期：20050111 修回日期：20051021 基金项目：国家自然科学基金资助项目（No．10074005） 作者简介：邹汉昌（1979－）‚男‚硕士；张茂才（1949－）‚男‚研究 员 双相纳米晶复合永磁材料基于软磁相与硬磁 相在纳米尺度的交换耦合作用‚呈现出单一铁磁 性相的磁化和反磁化特征［1］．目前多采用单辊快 淬法制备‚通过控制辊的表面速度直接获得‚或者 先获得完全非晶态（或部分非晶态）‚随后晶化处 理获得纳米晶复合永磁材料．由于双相纳米晶复 合永磁体内的软、硬磁相之间的交换耦合作用属 于短程作用‚因而提高磁性能最大的困难就是控 制两相的晶粒尺寸．近年来‚主要是通过改进传 统工艺［23］、使用新工艺［4］和添加掺杂元素［56］等 方式来控制两相的纳米尺度达到提高磁性能的目 的．实验研究表明［7］‚添加某些难熔金属能够在 晶化过程中完全抑制 R2Fe23B 亚稳相的形成．大 量的 R2Fe23B 亚稳相存在会导致晶粒粗化‚从而 降低磁性能．有研究表明‚添加少量的 Zr 或者 Nb 能够有效地细化晶粒‚明显地提高纳米晶复合 磁体的矫顽力［810］．本文主要对比讨论了 Zr 和 Nb 掺杂对 Nd2Fe14B／α－Fe 双相纳米复合永磁材 料磁性能影响的差别． 1 实验方法 用真空非自耗电弧炉熔炼名义成分为 Nd8∙60 Fe80∙80Cu0∙3Zr2－ xNb xB8∙30（ x＝0‚1‚2）的母合金． 为使母合金成分均匀‚铸锭在高纯 Ar 气中反复 熔炼4次．然后用单辊快淬法制备薄带．快淬的 实验参数为：石英管喷嘴●0∙3mm×15mm‚喷射 压力为0∙02MPa‚铜辊表面线速度（以下简称为 辊速）为22m·s －1．薄带的晶化处理工艺为：在3 ×10－3Pa 真空中700℃晶化处理不同时间．利 用 X 射线衍射（XRD）分析材料相组成、估算晶粒 尺寸大小．室温磁性能和磁滞回线测量采用 LDJ9600振动样品磁强计‚最大外加磁场为1600 kA·m －1． 2 实验结果 图1给出了不同成分淬态样品的室温磁滞回 线．可见‚只添加 Zr（ x＝0）的样品‚剩磁、矫顽力 和磁能积都非常低‚为软磁性特征‚这是由于淬态 样品主要由软磁相 α－Fe 和呈软磁特征的非晶态 组成；同时含有 Zr 和 Nb（ x ＝1）的快淬样品‚矫 顽力虽然也非常低‚但是出现两相特征；而对于只 添加 Nb（ x＝2）的样品‚则表现出较高的矫顽力‚ 其磁滞回线外场 H＝0kA·m －1处出现了拐弯‚带 有明显的两相特征［1］．从磁滞回线还可以看出随 x 增大‚样品 Js 降低． 图2给出了不同成分淬态样品的 X 射线衍 射谱．由图中可以看出‚三个样品均由大量非晶 态和少量 α－Fe‚Nd2Fe14B 相组成．随 x 增大‚合 金晶化现象非常明显‚Nd2Fe14B 相的衍射峰更加 第28卷 第4期 2006年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．28No．4 Apr．2006 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2006．04．013