Cu添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的多維度影響探究一、引言1.1研究背景磁性材料作為現(xiàn)代工業(yè)和高新技術(shù)領(lǐng)域中不可或缺的關(guān)鍵材料，在電子信息、汽車工業(yè)、能源交通、航空航天、家用電器、儀器儀表、醫(yī)療器械、國(guó)防工業(yè)等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。從計(jì)算機(jī)硬盤(pán)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，到電動(dòng)汽車的電機(jī)驅(qū)動(dòng)；從風(fēng)力發(fā)電機(jī)的高效發(fā)電，到核磁共振成像設(shè)備的精準(zhǔn)診斷，磁性材料都發(fā)揮著舉足輕重的作用，是推動(dòng)現(xiàn)代科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。永磁材料作為磁性材料中的重要分支，具有一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的特性，擁有寬磁滯回線、高矯頑力和高剩磁。其基本功能是無(wú)需消耗電能便可提供穩(wěn)定持久的磁通量，這不僅能簡(jiǎn)化機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)，還能降低維護(hù)成本，對(duì)環(huán)境影響較小，具備節(jié)能和環(huán)保的顯著優(yōu)勢(shì)，因此在永磁電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁選設(shè)備等眾多產(chǎn)品中被廣泛應(yīng)用。永磁材料的發(fā)展歷程見(jiàn)證了材料科學(xué)與技術(shù)的不斷進(jìn)步。人類對(duì)永磁材料的應(yīng)用歷史悠久，我國(guó)早在戰(zhàn)國(guó)時(shí)期就有關(guān)于天然磁性材料（如磁鐵礦）的記載，并在11世紀(jì)發(fā)明了制造人工永磁材料的方法。在過(guò)去近一個(gè)世紀(jì)里，人造永磁材料經(jīng)歷了飛速的發(fā)展與變革。20世紀(jì)30年代末，鋁鎳鈷（AlNiCo）永磁材料作為第一代永磁材料誕生；50年代，永磁鐵氧體磁體成為第二代永磁材料；60年代初，稀土永磁材料登上歷史舞臺(tái)，開(kāi)啟了永磁材料發(fā)展的新篇章。其中，1967年出現(xiàn)的釤鈷永磁體SmCo5是第一代稀土永磁材料，1977年的釤鈷永磁體Sm2Co17為第二代稀土永磁材料，1983年問(wèn)世的釹鐵硼（Nd2Fe14B）永磁材料則是第三代稀土永磁材料。如今，稀土鐵氮永磁體因具有優(yōu)良的熱力學(xué)穩(wěn)定性、抗氧化性和耐腐蝕性，成為研究熱點(diǎn)，有望成為第四代稀土永磁材料，不過(guò)目前其在制備工藝上仍存在技術(shù)難題。釹鐵硼（Nd2Fe14B）永磁材料憑借其高磁能積、高矯頑力和良好的性價(jià)比，自問(wèn)世以來(lái)便迅速在眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，成為目前商業(yè)化性能最高的永磁體，在稀土永磁材料中占據(jù)著重要地位。在汽車工業(yè)中，用于制造電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳統(tǒng)汽車的起動(dòng)電機(jī)等，能提高能源利用效率和動(dòng)力性能；在航空航天領(lǐng)域，可用于制造飛機(jī)和衛(wèi)星的各種電機(jī)和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的輕量化和高性能；在能源領(lǐng)域，風(fēng)力發(fā)電中的發(fā)電機(jī)大量使用釹鐵硼永磁材料，以提高發(fā)電效率和穩(wěn)定性。然而，Nd2Fe14B永磁材料也存在一些不足之處，如居里溫度相對(duì)較低，在高溫環(huán)境下磁性能容易下降；稀土元素釹的資源相對(duì)有限，價(jià)格波動(dòng)較大，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用和進(jìn)一步發(fā)展。為了改善Nd2Fe14B永磁材料的性能，拓展其應(yīng)用范圍，研究人員開(kāi)展了大量的研究工作，其中添加元素對(duì)NdFeB永磁材料性能影響的研究是重要方向之一。通過(guò)添加合適的元素，可以在不顯著增加成本的前提下，有效改善NdFeB永磁材料的磁性能、熱穩(wěn)定性、耐腐蝕性等性能。在眾多添加元素中，Cu作為一種常見(jiàn)的元素，其添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的影響備受關(guān)注。Ce元素部分取代Nd元素，可在一定程度上降低成本，同時(shí)對(duì)合金的磁性能產(chǎn)生影響。而Cu元素的添加，可能會(huì)通過(guò)影響合金的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織以及各相之間的相互作用，進(jìn)而對(duì)合金的磁性能產(chǎn)生復(fù)雜的影響。研究Cu添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的影響，對(duì)于深入理解合金元素與磁性能之間的關(guān)系，開(kāi)發(fā)高性能、低成本的稀土永磁材料具有重要的理論和實(shí)際意義，有望為稀土永磁材料的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用提供新的思路和方法。1.2研究目的本研究旨在深入探究Cu添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的具體影響，并揭示其內(nèi)在作用機(jī)制。通過(guò)系統(tǒng)研究不同Cu含量下合金條帶的晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、磁性能參數(shù)以及它們之間的關(guān)聯(lián)，全面分析Cu元素在合金中的作用方式。具體而言，一是精確測(cè)量和分析不同Cu添加量的(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶的剩磁、矯頑力、最大磁能積等關(guān)鍵磁性能指標(biāo)的變化規(guī)律，明確Cu添加量與磁性能之間的定量關(guān)系。二是借助先進(jìn)的材料分析技術(shù)，如X射線衍射（XRD）、掃描電子顯微鏡（SEM）和透射電子顯微鏡（TEM）等，深入研究Cu添加對(duì)合金晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織的影響，包括晶體結(jié)構(gòu)的變化、晶粒尺寸與形態(tài)的改變、相組成與分布的調(diào)整等，從而從微觀層面揭示磁性能變化的根源。三是基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和相關(guān)理論，構(gòu)建Cu添加影響(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的作用機(jī)制模型，解釋Cu元素如何通過(guò)影響合金的晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織，進(jìn)而改變磁性能，為高性能稀土永磁材料的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。1.3研究現(xiàn)狀在稀土永磁材料領(lǐng)域，釹鐵硼永磁材料因性能優(yōu)異、成本相對(duì)較低，成為研究與應(yīng)用的重點(diǎn)。隨著科技發(fā)展，對(duì)其性能要求不斷提高，添加元素改善性能成為重要研究方向。關(guān)于(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金，部分研究關(guān)注Ce元素取代Nd元素對(duì)合金性能的影響。研究表明，Ce元素的加入可在一定程度上降低成本，因?yàn)镃e在稀土元素中相對(duì)儲(chǔ)量豐富、價(jià)格較低。但Ce的添加會(huì)改變合金的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能。在晶體結(jié)構(gòu)方面，Ce的原子半徑與Nd略有差異，其進(jìn)入晶格后會(huì)引起晶格畸變。當(dāng)Ce含量較低時(shí)，晶格畸變較小，對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的影響相對(duì)有限；隨著Ce含量增加，晶格畸變加劇，可能導(dǎo)致晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性發(fā)生變化。從磁性能角度，適量Ce添加會(huì)使合金的磁晶各向異性場(chǎng)發(fā)生改變，進(jìn)而影響矯頑力。當(dāng)Ce含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，合金的矯頑力會(huì)有所提高，這是因?yàn)镃e的加入調(diào)整了合金內(nèi)部的磁相互作用；但當(dāng)Ce含量超過(guò)某一閾值后，矯頑力會(huì)下降，這可能是由于過(guò)多的Ce破壞了合金的磁有序結(jié)構(gòu)。不過(guò)，目前關(guān)于Ce元素對(duì)合金磁性能影響的研究主要集中在宏觀性能方面，對(duì)微觀機(jī)制的深入探討還相對(duì)不足。針對(duì)Cu添加對(duì)NdFeB基合金的影響，前人也開(kāi)展了一系列研究。在微觀組織方面，Cu元素傾向于在晶界處偏聚。這是因?yàn)镃u與合金中其他元素的親和力不同，使得它更容易在晶界這種原子排列不規(guī)則的區(qū)域聚集。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）可以觀察到，隨著Cu添加量增加，晶界處的Cu含量明顯升高。這種晶界偏聚行為對(duì)合金的磁性能產(chǎn)生多方面影響。從矯頑力角度，晶界處的Cu可以阻礙磁疇壁的移動(dòng)。當(dāng)磁疇壁移動(dòng)到晶界時(shí)，由于Cu的存在，晶界的能量狀態(tài)發(fā)生改變，磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能繼續(xù)移動(dòng)，從而提高了合金的矯頑力。但如果Cu添加量過(guò)多，會(huì)在晶界處形成連續(xù)的富Cu相，這種富Cu相可能會(huì)成為磁短路通道，降低合金的矯頑力。在剩磁方面，適量的Cu添加可以細(xì)化晶粒。通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，添加適量Cu后，合金的晶粒尺寸明顯減小。較小的晶粒尺寸有利于提高合金的剩磁，因?yàn)榫Я＜?xì)化后，磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗，使得更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高剩磁。然而，目前研究中關(guān)于Cu添加量的最佳范圍尚未達(dá)成一致，不同研究因?qū)嶒?yàn)條件、合金成分等差異，得到的結(jié)果有所不同。同時(shí)，對(duì)于Cu元素在合金中與其他元素的具體交互作用機(jī)制，特別是在原子尺度上的作用細(xì)節(jié)，還缺乏深入的研究。綜上所述，當(dāng)前研究在Cu添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能影響方面存在一定不足。一方面，對(duì)于Ce和Cu元素共同作用下合金的微觀結(jié)構(gòu)演變與磁性能之間的定量關(guān)系研究較少?，F(xiàn)有研究大多分別關(guān)注Ce或Cu單一元素的影響，對(duì)于兩者協(xié)同作用的系統(tǒng)研究還不夠深入，難以準(zhǔn)確揭示合金性能變化的內(nèi)在本質(zhì)。另一方面，在實(shí)際應(yīng)用中，合金條帶的性能還受到制備工藝、熱處理?xiàng)l件等多種因素的影響，而目前關(guān)于這些因素與Cu添加之間相互作用對(duì)磁性能影響的研究也相對(duì)薄弱。本研究將針對(duì)這些不足，系統(tǒng)研究不同Cu添加量下(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶的磁性能變化，深入分析Cu元素對(duì)合金晶體結(jié)構(gòu)和微觀組織的影響機(jī)制，以及制備工藝和熱處理?xiàng)l件等因素與Cu添加的協(xié)同作用，為高性能稀土永磁材料的開(kāi)發(fā)提供更全面、深入的理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。二、相關(guān)理論基礎(chǔ)2.1永磁材料基礎(chǔ)理論永磁材料，又稱“硬磁材料”，是一類一經(jīng)磁化就能保持恒定磁性的特殊材料，在現(xiàn)代工業(yè)和科技領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其具備一系列獨(dú)特的性能特點(diǎn)，這些特點(diǎn)不僅決定了其在眾多領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，也使其成為材料科學(xué)研究的重點(diǎn)對(duì)象。高剩磁是永磁材料的顯著特性之一。剩磁（Br）指的是將永磁材料在閉路環(huán)境下被外磁場(chǎng)充磁到技術(shù)飽和后，撤消外磁場(chǎng)時(shí)，材料所表現(xiàn)出的磁感應(yīng)強(qiáng)度。以釹鐵硼永磁材料為例，其剩磁較高，能夠在較小的體積內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)，這一特性使得永磁材料在對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度和空間體積有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場(chǎng)景中，如電子設(shè)備中的微型磁體，具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。在硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器中，永磁材料的高剩磁特性確保了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的穩(wěn)定性和高密度；在手機(jī)揚(yáng)聲器和耳機(jī)等音頻設(shè)備中，高剩磁使得聲音信號(hào)能夠高效轉(zhuǎn)換為機(jī)械振動(dòng)，提供清晰、響亮的聲音效果。高矯頑力是永磁材料的又一重要特性。矯頑力（Hcb）是指磁體在反向充磁時(shí)，使磁感應(yīng)強(qiáng)度降為零所需反向磁場(chǎng)強(qiáng)度的值。而內(nèi)稟矯頑力（Hcj）則是使磁體的磁化強(qiáng)度降為零所需施加的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。高矯頑力使得永磁材料能夠有效抵抗外界磁場(chǎng)的干擾和退磁作用，保持磁性的穩(wěn)定性。在電動(dòng)汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)中，永磁材料需要在復(fù)雜的電磁環(huán)境下穩(wěn)定工作，高矯頑力確保了電機(jī)的性能不受外界磁場(chǎng)變化的影響，保證了電動(dòng)汽車的動(dòng)力輸出穩(wěn)定可靠；在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的永磁發(fā)電機(jī)中，高矯頑力使得發(fā)電機(jī)在不同的風(fēng)速和環(huán)境條件下，都能保持穩(wěn)定的發(fā)電效率。磁能積也是衡量永磁材料性能的關(guān)鍵指標(biāo)。磁能積（BH）是退磁曲線上任何一點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B和磁場(chǎng)強(qiáng)度H的乘積，而B(niǎo)×H的最大值稱之為最大磁能積（BHmax）。磁能積反映了永磁材料儲(chǔ)存磁能的能力，較高的磁能積意味著可以在更小的空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)的磁場(chǎng)效果。在航空航天領(lǐng)域，對(duì)設(shè)備的重量和體積有著嚴(yán)格的限制，高磁能積的永磁材料能夠在滿足磁性能要求的同時(shí)，減輕設(shè)備的重量，提高設(shè)備的性能和效率；在核磁共振成像（MRI）設(shè)備中，高磁能積的永磁材料為醫(yī)療診斷提供了清晰、準(zhǔn)確的圖像，有助于醫(yī)生更精準(zhǔn)地診斷病情。為了更直觀地理解永磁材料的性能，磁滯回線是一個(gè)重要的分析工具。磁滯回線表示磁場(chǎng)強(qiáng)度周期性變化時(shí)，強(qiáng)磁性物質(zhì)磁滯現(xiàn)象的閉合磁化曲線，它清晰地展示了強(qiáng)磁性物質(zhì)反復(fù)磁化過(guò)程中磁化強(qiáng)度M或磁感應(yīng)強(qiáng)度B與磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間的關(guān)系。由于B=μ0(H+M)（其中μ0為真空磁導(dǎo)率），通過(guò)磁滯回線，我們可以深入了解永磁材料在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度下的磁化特性。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度從0開(kāi)始逐漸增大時(shí)，永磁材料的磁感應(yīng)強(qiáng)度隨之增加，直至達(dá)到飽和狀態(tài)。此時(shí)對(duì)應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度（Bs），磁化強(qiáng)度為飽和磁化強(qiáng)度（Ms）。隨后，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度逐漸減小時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度并不沿原路徑返回，而是表現(xiàn)出“滯后”現(xiàn)象，即磁滯現(xiàn)象。當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度減小到0時(shí)，永磁材料仍保留一定的磁感應(yīng)強(qiáng)度，這就是剩磁（Br）。要使磁感應(yīng)強(qiáng)度降為0，需要施加一個(gè)反向磁場(chǎng)，這個(gè)反向磁場(chǎng)強(qiáng)度就是矯頑力（Hc）。磁滯回線所包圍的面積代表了外磁場(chǎng)對(duì)材料做的功，也就是在一次循環(huán)磁化中的能量損耗，即磁滯損耗。不同類型的永磁材料具有不同形狀的磁滯回線，這也反映了它們各自獨(dú)特的磁性能。在實(shí)際應(yīng)用中，永磁材料的這些性能特點(diǎn)相互關(guān)聯(lián)、相互影響，共同決定了其在不同領(lǐng)域的適用性和應(yīng)用效果。深入研究永磁材料的性能特點(diǎn)和磁滯回線，對(duì)于優(yōu)化永磁材料的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)新型永磁材料以及拓展永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域具有重要的理論和實(shí)際意義。2.2(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金特性(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金是在Nd2Fe14B合金基礎(chǔ)上，通過(guò)Ce部分取代Nd形成的一種新型稀土永磁合金。在晶體結(jié)構(gòu)方面，(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金與Nd2Fe14B合金類似，主要相為具有四方結(jié)構(gòu)的2:14:1相，其空間群為P42/mnm。在這種晶體結(jié)構(gòu)中，Nd（或Ce）原子、Fe原子和B原子按特定方式排列。Nd（或Ce）原子位于4f、4g和16k等位置，F(xiàn)e原子分布在多個(gè)不同的晶位上，B原子則占據(jù)4e位置。Ce的原子半徑（1.834?）與Nd的原子半徑（1.821?）較為接近，但仍存在一定差異。當(dāng)Ce取代Nd進(jìn)入晶格后，會(huì)引起晶格參數(shù)的微小變化。研究表明，隨著Ce含量的增加，晶格常數(shù)a和c會(huì)發(fā)生一定程度的改變。這是因?yàn)镃e原子半徑的差異導(dǎo)致晶格內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)改變，進(jìn)而影響晶格的尺寸和形狀。這種晶格參數(shù)的變化會(huì)對(duì)合金的磁性能產(chǎn)生重要影響，因?yàn)榇判阅芘c晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，晶格參數(shù)的改變會(huì)影響原子間的磁相互作用。從磁特性來(lái)看，(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金具有較高的飽和磁化強(qiáng)度和磁晶各向異性。飽和磁化強(qiáng)度主要取決于合金中的Fe含量以及原子間的磁相互作用。由于Fe是主要的磁性原子，合金中Fe原子的磁矩對(duì)飽和磁化強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大。而磁晶各向異性則決定了合金在不同晶體學(xué)方向上的磁性差異，使得合金在特定方向上更容易被磁化，從而提高磁性能。在(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金中，磁晶各向異性常數(shù)Ku1與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。Ce的加入會(huì)改變合金的電子結(jié)構(gòu)和原子間的鍵合狀態(tài)，進(jìn)而影響磁晶各向異性常數(shù)。當(dāng)Ce含量在一定范圍內(nèi)時(shí)，合金的磁晶各向異性場(chǎng)會(huì)發(fā)生變化，對(duì)矯頑力產(chǎn)生影響。適量的Ce添加可以提高合金的矯頑力，這是因?yàn)镃e的加入調(diào)整了合金內(nèi)部的磁相互作用，使得磁疇壁移動(dòng)更加困難，從而提高了矯頑力。然而，當(dāng)Ce含量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致合金的飽和磁化強(qiáng)度下降，這是由于Ce的磁矩與Fe的磁矩存在一定的相互作用，過(guò)多的Ce會(huì)破壞合金的磁有序結(jié)構(gòu)，使得飽和磁化強(qiáng)度降低。在永磁領(lǐng)域，(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。首先，Ce在稀土元素中儲(chǔ)量相對(duì)豐富，價(jià)格較低，部分取代Nd后可降低合金成本，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。其次，通過(guò)合理控制Ce的含量，可以在一定程度上優(yōu)化合金的磁性能，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)永磁材料性能的要求。在一些對(duì)成本較為敏感，對(duì)磁性能要求不是特別苛刻的應(yīng)用中，(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金具有較好的應(yīng)用前景，如小型電機(jī)、揚(yáng)聲器等領(lǐng)域。然而，(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金也存在一些局限。如前所述，Ce含量過(guò)高會(huì)導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度下降，影響合金在一些對(duì)高飽和磁化強(qiáng)度有要求的應(yīng)用中的性能。此外，該合金的耐腐蝕性和抗氧化性相對(duì)較弱，在潮濕、高溫等惡劣環(huán)境下，容易發(fā)生氧化和腐蝕，導(dǎo)致磁性能下降。這是因?yàn)楹辖鹬械哪承┰卦诃h(huán)境因素作用下，容易與氧氣、水分等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成氧化膜或腐蝕產(chǎn)物，破壞合金的微觀結(jié)構(gòu)和磁性能。在實(shí)際應(yīng)用中，需要對(duì)合金進(jìn)行表面處理等防護(hù)措施，以提高其耐腐蝕性和抗氧化性，但這會(huì)增加生產(chǎn)成本和工藝復(fù)雜性。2.3添加元素對(duì)NdFeB永磁材料的影響機(jī)制在NdFeB永磁材料中，添加元素主要通過(guò)替換和摻雜兩種方式影響材料性能，其作用機(jī)制較為復(fù)雜，涉及多個(gè)方面。從晶體結(jié)構(gòu)層面來(lái)看，當(dāng)添加元素作為取代元素時(shí)，會(huì)對(duì)晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生顯著影響。以Dy、Tb等取代Nd原子為例，這些元素的原子半徑與Nd不同。Dy的原子半徑約為1.781?，Tb的原子半徑約為1.761?，均小于Nd的原子半徑。它們進(jìn)入晶格后，會(huì)使晶格發(fā)生畸變。這種畸變會(huì)改變?cè)娱g的距離和鍵角，進(jìn)而影響晶體的對(duì)稱性和周期性。從晶體結(jié)構(gòu)的空間群角度分析，雖然整體仍保持四方結(jié)構(gòu)，空間群為P42/mnm，但內(nèi)部原子排列的微小變化會(huì)對(duì)磁性能產(chǎn)生重要影響。由于磁性能與晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，晶格畸變會(huì)改變?cè)拥拇啪胤较蚝拖嗷プ饔脧?qiáng)度，從而影響磁晶各向異性。磁晶各向異性的改變又會(huì)影響磁疇的形成和運(yùn)動(dòng)，最終影響材料的矯頑力。當(dāng)Dy取代Nd后，會(huì)增大磁晶各向異性場(chǎng)，使得磁疇壁移動(dòng)更加困難，從而提高矯頑力。然而，這種取代也可能會(huì)導(dǎo)致飽和磁化強(qiáng)度下降，因?yàn)镈y、Tb等元素的磁矩與Fe的磁矩存在反鐵磁偶合作用，過(guò)多的取代會(huì)破壞磁有序結(jié)構(gòu)。在微觀組織方面，摻雜元素的影響不容忽視。以Cu、Al等元素為例，它們傾向于在晶界處偏聚。這是因?yàn)榫Ы缣幵优帕胁灰?guī)則，能量較高，摻雜元素更容易在這些區(qū)域聚集。通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）和能譜分析（EDS）可以清晰地觀察到晶界處摻雜元素的富集現(xiàn)象。這種晶界偏聚對(duì)材料性能有多方面影響。從磁疇角度分析，晶界處的摻雜元素會(huì)改變晶界的能量狀態(tài)和磁特性。當(dāng)磁疇壁移動(dòng)到晶界時(shí)，由于晶界處摻雜元素的存在，磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能繼續(xù)移動(dòng)，這就阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，從而提高了材料的矯頑力。適量的Cu摻雜可以細(xì)化晶粒，通過(guò)透射電子顯微鏡（TEM）觀察發(fā)現(xiàn)，添加適量Cu后，合金的晶粒尺寸明顯減小。較小的晶粒尺寸有利于提高合金的剩磁，因?yàn)榫Я＜?xì)化后，磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗，使得更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高剩磁。但如果摻雜元素添加量過(guò)多，可能會(huì)在晶界處形成連續(xù)的第二相，這種第二相可能會(huì)成為磁短路通道，降低材料的矯頑力。當(dāng)Cu添加量過(guò)高時(shí)，會(huì)在晶界處形成連續(xù)的富Cu相，導(dǎo)致磁疇之間的磁相互作用被削弱，磁疇更容易反轉(zhuǎn)，從而降低矯頑力。添加元素還會(huì)對(duì)材料的相組成和分布產(chǎn)生影響。一些添加元素會(huì)與合金中的其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的相。當(dāng)添加Nb、V等元素時(shí)，它們會(huì)與Fe、B等元素形成難熔的硼化物相。這些新相的形成會(huì)改變合金的相組成和分布。從相圖分析可知，新相的出現(xiàn)會(huì)影響合金在不同溫度下的相變過(guò)程和相平衡。在冷卻過(guò)程中，新相的析出會(huì)改變合金的微觀組織形態(tài)，進(jìn)而影響磁性能。這些新相還可能會(huì)作為釘扎中心，影響磁疇壁的移動(dòng)。如果新相均勻分布且尺寸合適，它們可以有效地釘扎磁疇壁，提高矯頑力；但如果新相分布不均勻或尺寸過(guò)大，可能會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，反而降低材料的性能。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法3.1實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備本實(shí)驗(yàn)選用純度為99.9%的Nd、Ce、Fe、B、Cu作為主要原料。其中，Nd和Ce以金屬塊的形式供應(yīng)，其金屬塊的尺寸大致為長(zhǎng)2-3cm、寬1-2cm、厚0.5-1cm；Fe為鐵粉，粒度在200-300目之間；B以硼鐵合金的形式使用，硼鐵合金中B的含量為18-22%；Cu為銅粉，純度同樣為99.9%，粒度在150-200目左右。在實(shí)驗(yàn)前，對(duì)原料進(jìn)行了嚴(yán)格的預(yù)處理。將Nd和Ce金屬塊用砂紙仔細(xì)打磨，去除其表面可能存在的氧化層，以保證原料的純凈度。打磨后，用無(wú)水乙醇對(duì)金屬塊進(jìn)行超聲清洗15-20分鐘，去除表面的雜質(zhì)和油污，隨后將其置于真空干燥箱中，在80-100℃的溫度下干燥2-3小時(shí)，以徹底去除水分。對(duì)于Fe粉和Cu粉，同樣采用無(wú)水乙醇進(jìn)行超聲清洗10-15分鐘，去除表面雜質(zhì)后，在真空干燥箱中于60-80℃干燥1-2小時(shí)。對(duì)于硼鐵合金，先用破碎機(jī)將其破碎成小塊，再用球磨機(jī)研磨成粒度在100-150目的粉末，然后進(jìn)行超聲清洗和干燥處理，處理方式與Fe粉和Cu粉相同。經(jīng)過(guò)預(yù)處理的原料，能夠有效減少雜質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，為后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行提供保障。3.2樣品制備過(guò)程根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的合金成分，利用合金配料計(jì)算方法進(jìn)行精確的配料計(jì)算。以制備(Nd1-yCey)2.4Fe14BCux合金條帶為例，設(shè)定y值為0.2（即Ce部分取代Nd的比例為20%），x值分別取0、0.05、0.1、0.15、0.2（表示Cu的添加量）。依據(jù)各元素的原子量和合金的化學(xué)式，通過(guò)公式計(jì)算出所需Nd、Ce、Fe、B、Cu的質(zhì)量。假設(shè)制備100g合金條帶，當(dāng)x=0.05時(shí)，根據(jù)公式計(jì)算可得：Nd的質(zhì)量約為18.9g，Ce的質(zhì)量約為5.2g，F(xiàn)e的質(zhì)量約為71.5g，B的質(zhì)量約為2.0g，Cu的質(zhì)量約為2.4g。在計(jì)算過(guò)程中，考慮到原料的純度以及在熔煉過(guò)程中的燒損率（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，Nd、Ce的燒損率約為3-5%，F(xiàn)e的燒損率約為2-3%，B的燒損率約為5-8%，Cu的燒損率約為1-2%），對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)修正，以確保最終合金成分的準(zhǔn)確性。將配好的原料放入真空熔煉爐中進(jìn)行熔煉。實(shí)驗(yàn)采用的是型號(hào)為VIM-10的真空熔煉爐，該設(shè)備的極限真空度可達(dá)5×10-4Pa。在熔煉前，先對(duì)真空熔煉爐進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和調(diào)試，確保設(shè)備正常運(yùn)行。將爐腔抽真空至5×10-4Pa后，充入高純氬氣（純度為99.999%）至常壓，如此反復(fù)操作3次，以充分排除爐腔內(nèi)的空氣和雜質(zhì)。然后開(kāi)始加熱，加熱功率設(shè)置為30kW，使原料逐漸升溫至1500-1600℃，在此溫度下保溫15-20分鐘，以保證原料充分熔化并均勻混合。期間，通過(guò)電磁攪拌裝置對(duì)熔體進(jìn)行攪拌，攪拌頻率為50Hz，使合金成分更加均勻。待熔體均勻后，停止加熱，自然冷卻至室溫，得到(Nd1-yCey)2.4Fe14BCux合金鑄錠。采用單輥快淬甩帶設(shè)備進(jìn)行快淬甩帶處理，制備合金條帶。設(shè)備的關(guān)鍵參數(shù)為：快淬速度為30m/s，銅輥直徑為200mm，銅輥表面線速度為15m/s。將熔煉得到的合金鑄錠放入快淬甩帶設(shè)備的坩堝中，再次將設(shè)備腔室抽真空至5×10-3Pa，然后充入高純氬氣至常壓。通過(guò)感應(yīng)加熱使合金鑄錠快速熔化，當(dāng)溫度達(dá)到1300-1400℃時(shí)，打開(kāi)坩堝底部的噴嘴，使熔融合金以一定的壓力噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥表面。由于銅輥的快速冷卻作用（冷卻速度可達(dá)105-106K/s），合金液在瞬間凝固成薄帶，薄帶的厚度約為20-30μm，寬度約為5-10mm。將快淬得到的合金條帶切割成合適的長(zhǎng)度，放入石英管中進(jìn)行真空封管。首先，將石英管清洗干凈并烘干，然后將合金條帶放入石英管中，使用真空封管機(jī)將石英管抽真空至5×10-4Pa后進(jìn)行密封。將封好的石英管放入管式爐中進(jìn)行熱處理。熱處理工藝為：以10℃/min的升溫速率加熱至800℃，分別保溫5min、10min、15min，然后隨爐冷卻至室溫。通過(guò)不同的保溫時(shí)間，研究熱處理對(duì)合金條帶結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。3.3樣品表征與測(cè)試方法使用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM，型號(hào)為L(zhǎng)akeshore7407）對(duì)樣品的磁性能進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前，將合金條帶切割成尺寸約為5mm×3mm×1mm的小樣品，以滿足儀器的測(cè)試要求。將樣品固定在樣品架上，放入VSM的測(cè)試腔中。設(shè)置測(cè)試參數(shù)，磁場(chǎng)掃描范圍為-20kOe至20kOe，掃描速率為100Oe/s。在室溫下進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)測(cè)量樣品在不同磁場(chǎng)下的磁化強(qiáng)度，得到磁滯回線，進(jìn)而計(jì)算出剩磁（Br）、矯頑力（Hc）和最大磁能積（BHmax）等磁性能參數(shù)。為確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)量3次，取平均值作為最終結(jié)果。采用X射線衍射儀（XRD，型號(hào)為BrukerD8Advance）對(duì)樣品的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。測(cè)試時(shí)，將合金條帶研磨成粉末，然后均勻地涂抹在樣品臺(tái)上。使用CuKα射線（λ=0.15406nm）作為輻射源，管電壓為40kV，管電流為40mA。掃描范圍2θ為20°-80°，掃描速率為0.02°/s。通過(guò)XRD圖譜，可以確定樣品的相組成和晶體結(jié)構(gòu)信息。利用相關(guān)軟件（如Jade6.5）對(duì)XRD圖譜進(jìn)行分析，通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)PDF卡片對(duì)比，確定樣品中存在的物相，并計(jì)算晶格常數(shù)等晶體結(jié)構(gòu)參數(shù)。利用掃描電子顯微鏡（SEM，型號(hào)為HitachiS-4800）觀察樣品的微觀組織形貌。首先，將合金條帶切割成合適大小的塊狀樣品，然后對(duì)樣品表面進(jìn)行打磨和拋光處理，以獲得平整的觀察表面。將處理好的樣品固定在樣品臺(tái)上，放入SEM的樣品室中。在高真空環(huán)境下，使用加速電壓為15-20kV的電子束對(duì)樣品表面進(jìn)行掃描。通過(guò)二次電子像和背散射電子像，可以清晰地觀察到樣品的晶粒尺寸、形狀以及晶界等微觀組織特征。結(jié)合能譜儀（EDS，與SEM配套），對(duì)樣品中的元素分布進(jìn)行分析，確定不同相的化學(xué)成分。在分析過(guò)程中，選取多個(gè)不同區(qū)域進(jìn)行觀察和分析，以確保結(jié)果的代表性。使用差示掃描量熱儀（DSC，型號(hào)為T(mén)AQ2000）測(cè)定樣品的相變溫度。將約5-10mg的合金條帶樣品放入DSC的坩堝中，以高純氮?dú)庾鳛楸Ｗo(hù)氣體，氣體流量為50mL/min。以10℃/min的升溫速率從室溫加熱至800℃，記錄樣品在加熱過(guò)程中的熱流變化。根據(jù)DSC曲線中的吸熱峰和放熱峰，確定樣品的相變溫度，如居里溫度（Tc）和晶化溫度（Tx）等。為提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)樣品進(jìn)行3次測(cè)量，取平均值作為相變溫度的測(cè)量結(jié)果。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析4.1Cu添加對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶的影響4.1.1快淬態(tài)條帶性能利用差示掃描量熱儀（DSC）對(duì)不同Cu添加量的(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶的結(jié)晶溫度進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如圖1所示。從圖中可以明顯看出，隨著Cu添加量的增加，合金條帶的結(jié)晶溫度呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)。當(dāng)x=0時(shí)，結(jié)晶溫度Tx1為505℃；當(dāng)x=0.05時(shí)，Tx1升高到512℃；繼續(xù)增加Cu添加量，當(dāng)x=0.15時(shí)，Tx1降至500℃。這是因?yàn)樵谔砑由倭緾u時(shí)，Cu原子會(huì)進(jìn)入合金的晶格間隙或置換部分Fe原子，使得晶格畸變程度增加。晶格畸變會(huì)增加原子的擴(kuò)散激活能，從而提高結(jié)晶的難度，導(dǎo)致結(jié)晶溫度升高。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，會(huì)在晶界處形成富Cu相，這些富Cu相作為雜質(zhì)相，會(huì)降低合金整體的穩(wěn)定性，使得結(jié)晶溫度下降。圖1：Cu添加量對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶結(jié)晶溫度的影響通過(guò)X射線衍射（XRD）分析不同Cu添加量下合金條帶的結(jié)構(gòu)，XRD圖譜如圖2所示。從圖中可以看出，所有樣品的主要衍射峰均對(duì)應(yīng)于(Nd,Ce)2Fe14B相的四方結(jié)構(gòu)，這表明Cu的添加并未改變合金的主要晶體結(jié)構(gòu)。然而，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，隨著Cu添加量的增加，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰強(qiáng)度發(fā)生了變化。當(dāng)x=0時(shí)，(110)晶面的衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較高；隨著x增加到0.1，該衍射峰強(qiáng)度略有降低。這可能是由于Cu的添加影響了晶體的生長(zhǎng)取向，使得(110)晶面的擇優(yōu)取向程度發(fā)生改變。利用掃描電子顯微鏡（SEM）觀察合金條帶的微觀組織，如圖3所示。可以看出，隨著Cu添加量的增加，晶粒尺寸逐漸減小。當(dāng)x=0時(shí)，晶粒尺寸較大，平均晶粒尺寸約為30μm；當(dāng)x=0.1時(shí)，平均晶粒尺寸減小到約20μm。這是因?yàn)镃u在晶界處偏聚，阻礙了晶粒的長(zhǎng)大，起到了細(xì)化晶粒的作用。圖2：不同Cu添加量的(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶的XRD圖譜圖3：不同Cu添加量的(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶的SEM圖像采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）對(duì)快淬態(tài)合金條帶的磁性能進(jìn)行測(cè)試，得到剩磁（Br）、矯頑力（Hc）和最大磁能積（BHmax）隨Cu添加量的變化曲線，如圖4所示。從圖中可以看出，隨著Cu添加量的增加，剩磁先略微增加后逐漸降低。當(dāng)x=0時(shí)，剩磁Br為0.85T；當(dāng)x=0.05時(shí)，Br增加到0.87T，隨后隨著x的繼續(xù)增加，Br逐漸下降，當(dāng)x=0.2時(shí)，Br降至0.80T。這是因?yàn)檫m量的Cu添加細(xì)化了晶粒，使得磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗，更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高了剩磁。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，晶界處的富Cu相增多，這些富Cu相為非磁性相，會(huì)降低合金的有效磁性體積分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致剩磁下降。矯頑力則呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)x=0時(shí)，矯頑力Hc為550kA/m；當(dāng)x=0.1時(shí)，Hc增加到650kA/m，之后隨著x的進(jìn)一步增加，Hc逐漸減小，當(dāng)x=0.2時(shí)，Hc降至580kA/m。適量的Cu在晶界處偏聚，阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，使得磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能移動(dòng)，從而提高了矯頑力。但過(guò)多的Cu在晶界處形成連續(xù)的富Cu相，可能會(huì)成為磁短路通道，降低矯頑力。最大磁能積的變化趨勢(shì)與剩磁和矯頑力的綜合影響有關(guān)，隨著Cu添加量的增加，先增加后減小。當(dāng)x=0.1時(shí)，最大磁能積（BHmax）達(dá)到最大值，為130kJ/m3。圖4：Cu添加量對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶磁性能的影響4.1.2熱處理對(duì)條帶性能的影響對(duì)不同Cu添加量的(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶分別進(jìn)行5min、10min、15min的熱處理，研究熱處理時(shí)間對(duì)條帶結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。經(jīng)過(guò)5min熱處理后，XRD分析結(jié)果表明，合金條帶的主要相仍為(Nd,Ce)2Fe14B相。與快淬態(tài)相比，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰強(qiáng)度略有增加，這表明熱處理使得晶體結(jié)構(gòu)更加完善，結(jié)晶度提高。磁性能測(cè)試結(jié)果如圖5所示，隨著Cu添加量的增加，剩磁先增加后減小。當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁達(dá)到最大值0.90T。這是因?yàn)樵?min的熱處理過(guò)程中，適量的Cu有助于促進(jìn)晶粒的均勻長(zhǎng)大和晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，使得磁疇排列更加有序，從而提高了剩磁。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，晶界處的富Cu相在熱處理過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生粗化，影響磁疇的正常排列，導(dǎo)致剩磁下降。矯頑力同樣呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)x=0.1時(shí)，矯頑力達(dá)到最大值700kA/m。在5min的熱處理時(shí)間內(nèi)，適量的Cu在晶界處的作用增強(qiáng)，進(jìn)一步阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，提高了矯頑力。但過(guò)多的Cu會(huì)導(dǎo)致晶界處的缺陷增多，降低了矯頑力。最大磁能積在x=0.1時(shí)達(dá)到最大值140kJ/m3。圖5：5min熱處理后Cu添加量對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶磁性能的影響當(dāng)熱處理時(shí)間延長(zhǎng)至10min時(shí)，XRD圖譜顯示，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰強(qiáng)度進(jìn)一步增加，表明晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。磁性能方面，剩磁隨著Cu添加量的變化趨勢(shì)與5min熱處理時(shí)相似，但整體數(shù)值略有下降。當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁為0.88T。這是因?yàn)殡S著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒進(jìn)一步長(zhǎng)大，雖然晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，但晶粒的過(guò)度長(zhǎng)大可能會(huì)導(dǎo)致磁疇之間的相互作用增強(qiáng)，不利于剩磁的提高。矯頑力也呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，當(dāng)x=0.1時(shí)，矯頑力為680kA/m，低于5min熱處理時(shí)的最大值。這是因?yàn)殚L(zhǎng)時(shí)間的熱處理使得晶界處的Cu原子擴(kuò)散加劇，部分晶界處的阻礙作用減弱，導(dǎo)致矯頑力下降。最大磁能積在x=0.1時(shí)為135kJ/m3，同樣低于5min熱處理時(shí)的最大值。15min熱處理后，XRD分析表明，合金條帶的主要相依然是(Nd,Ce)2Fe14B相，但此時(shí)衍射峰強(qiáng)度的變化相對(duì)較小。磁性能測(cè)試結(jié)果顯示，剩磁隨著Cu添加量的增加繼續(xù)下降。當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁為0.85T。這是由于長(zhǎng)時(shí)間的熱處理導(dǎo)致晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，磁疇結(jié)構(gòu)受到破壞，使得剩磁明顯降低。矯頑力也進(jìn)一步下降，當(dāng)x=0.1時(shí)，矯頑力為620kA/m。長(zhǎng)時(shí)間的熱處理使得晶界處的富Cu相進(jìn)一步擴(kuò)散和粗化，晶界的釘扎作用減弱，磁疇壁更容易移動(dòng)，從而導(dǎo)致矯頑力大幅下降。最大磁能積在x=0.1時(shí)為125kJ/m3，較之前的熱處理時(shí)間明顯降低。綜上所述，隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶的晶體結(jié)構(gòu)逐漸完善，但晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，導(dǎo)致磁性能呈現(xiàn)出先提高后降低的趨勢(shì)。在5min熱處理時(shí)，合金條帶的綜合磁性能最佳。這是因?yàn)樵谳^短的熱處理時(shí)間內(nèi)，適量的Cu能夠促進(jìn)晶體結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和磁疇的有序排列，提高磁性能。而隨著熱處理時(shí)間的延長(zhǎng)，晶粒過(guò)度長(zhǎng)大和晶界處Cu相的變化對(duì)磁性能產(chǎn)生了負(fù)面影響。4.2鑄錠熱處理對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux條帶性能的影響4.2.1對(duì)快淬態(tài)條帶的影響對(duì)熔煉得到的(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金鑄錠進(jìn)行不同的熱處理，研究其對(duì)快淬態(tài)條帶結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。將鑄錠分別在800℃、900℃、1000℃下進(jìn)行均勻化退火處理，保溫時(shí)間為2h，然后隨爐冷卻。經(jīng)過(guò)800℃退火處理后，鑄錠的XRD分析結(jié)果如圖6所示。與未退火鑄錠相比，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰更加尖銳，半高寬減小。這表明退火處理使得晶體結(jié)構(gòu)更加完善，晶粒尺寸有所增大。利用謝樂(lè)公式計(jì)算可得，未退火鑄錠的(Nd,Ce)2Fe14B相晶粒尺寸約為30nm，800℃退火后晶粒尺寸增大到約40nm。對(duì)快淬態(tài)條帶進(jìn)行XRD分析，發(fā)現(xiàn)與未退火鑄錠快淬得到的條帶相比，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰強(qiáng)度略有增加。這是因?yàn)殍T錠退火后晶體結(jié)構(gòu)的改善，使得快淬過(guò)程中更容易形成結(jié)晶良好的條帶。從SEM圖像（圖7）可以看出，快淬態(tài)條帶的晶粒尺寸也有所增大。未退火鑄錠快淬態(tài)條帶的平均晶粒尺寸約為20μm，800℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的平均晶粒尺寸增大到約25μm。圖6：不同溫度退火處理后(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金鑄錠的XRD圖譜圖7：不同溫度退火處理后(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金鑄錠快淬態(tài)條帶的SEM圖像磁性能測(cè)試結(jié)果表明，800℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁和矯頑力均有所提高。當(dāng)x=0.1時(shí)，未退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁為0.87T，矯頑力為650kA/m；800℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁增加到0.89T，矯頑力提高到680kA/m。這是因?yàn)殍T錠退火后晶粒尺寸的增大和晶體結(jié)構(gòu)的完善，使得快淬態(tài)條帶的磁疇結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，磁矩排列更加有序，從而提高了剩磁和矯頑力。當(dāng)鑄錠在900℃退火時(shí)，XRD分析顯示，(Nd,Ce)2Fe14B相的晶粒尺寸進(jìn)一步增大，約為50nm?？齑銘B(tài)條帶的(Nd,Ce)2Fe14B相衍射峰強(qiáng)度繼續(xù)增加。SEM圖像顯示，快淬態(tài)條帶的平均晶粒尺寸增大到約30μm。然而，磁性能測(cè)試結(jié)果表明，900℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁和矯頑力雖然仍高于未退火鑄錠快淬態(tài)條帶，但與800℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶相比，增加幅度較小。當(dāng)x=0.1時(shí)，900℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁為0.90T，矯頑力為690kA/m。這可能是因?yàn)?00℃退火時(shí)，鑄錠晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，導(dǎo)致快淬態(tài)條帶中出現(xiàn)一些缺陷，影響了磁性能的進(jìn)一步提高。1000℃退火鑄錠的(Nd,Ce)2Fe14B相晶粒尺寸約為60nm?？齑銘B(tài)條帶的XRD衍射峰強(qiáng)度略有下降，SEM圖像顯示平均晶粒尺寸約為35μm。磁性能測(cè)試結(jié)果顯示，1000℃退火鑄錠快淬態(tài)條帶的剩磁和矯頑力開(kāi)始下降。當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁為0.88T，矯頑力為660kA/m。這是由于1000℃退火時(shí)鑄錠晶粒過(guò)度粗化，快淬態(tài)條帶的晶體結(jié)構(gòu)完整性受到一定破壞，磁疇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致磁性能下降。綜上所述，鑄錠的退火處理對(duì)快淬態(tài)條帶的結(jié)構(gòu)和磁性能有顯著影響。在一定溫度范圍內(nèi)（800℃-900℃），隨著退火溫度的升高，鑄錠的晶體結(jié)構(gòu)得到改善，晶粒尺寸增大，快淬態(tài)條帶的剩磁和矯頑力隨之提高。但當(dāng)退火溫度過(guò)高（1000℃）時(shí)，鑄錠晶粒過(guò)度粗化，快淬態(tài)條帶的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能反而受到負(fù)面影響。4.2.2對(duì)退火態(tài)條帶的影響對(duì)不同溫度退火處理后的鑄錠快淬態(tài)條帶再進(jìn)行800℃、保溫10min的退火處理，研究其對(duì)退火態(tài)條帶結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。經(jīng)過(guò)800℃鑄錠退火和后續(xù)800℃、10min條帶退火處理后，XRD分析表明，退火態(tài)條帶的(Nd,Ce)2Fe14B相衍射峰強(qiáng)度進(jìn)一步增強(qiáng)，半高寬進(jìn)一步減小。與未進(jìn)行鑄錠退火的條帶相比，晶體結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，結(jié)晶度更高。利用謝樂(lè)公式計(jì)算可得，未進(jìn)行鑄錠退火的條帶(Nd,Ce)2Fe14B相晶粒尺寸約為45nm，經(jīng)過(guò)800℃鑄錠退火和后續(xù)條帶退火處理后，晶粒尺寸增大到約55nm。從SEM圖像（圖8）可以看出，退火態(tài)條帶的晶粒生長(zhǎng)更加均勻，晶界更加清晰。未進(jìn)行鑄錠退火的條帶晶界較為模糊，存在一些缺陷；而經(jīng)過(guò)鑄錠退火處理的條帶晶界平整，缺陷明顯減少。圖8：不同鑄錠熱處理?xiàng)l件下(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)的SEM圖像磁性能測(cè)試結(jié)果如圖9所示，隨著鑄錠退火溫度的升高，退火態(tài)條帶的剩磁和矯頑力呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)鑄錠在800℃退火時(shí)，退火態(tài)條帶的綜合磁性能最佳。以x=0.1為例，未進(jìn)行鑄錠退火的條帶剩磁為0.92T，矯頑力為720kA/m；800℃鑄錠退火處理后的條帶剩磁增加到0.95T，矯頑力提高到750kA/m。這是因?yàn)殍T錠退火使得快淬態(tài)條帶的初始結(jié)構(gòu)更加完善，在后續(xù)的條帶退火過(guò)程中，晶體能夠更好地生長(zhǎng)和完善，磁疇結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定，磁矩排列更加有序，從而提高了剩磁和矯頑力。圖9：不同鑄錠熱處理?xiàng)l件下Cu添加量對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)磁性能的影響當(dāng)鑄錠在900℃退火時(shí)，雖然退火態(tài)條帶的晶體結(jié)構(gòu)依然較為穩(wěn)定，但磁性能的增加幅度不如800℃鑄錠退火的情況。以x=0.1為例，900℃鑄錠退火處理后的條帶剩磁為0.94T，矯頑力為740kA/m。這可能是因?yàn)?00℃鑄錠退火時(shí)，晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，在后續(xù)條帶退火過(guò)程中，雖然晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步完善，但過(guò)大的晶粒尺寸可能導(dǎo)致磁疇之間的相互作用增強(qiáng)，不利于磁性能的進(jìn)一步提高。1000℃鑄錠退火處理后的條帶，其剩磁和矯頑力開(kāi)始下降。以x=0.1為例，剩磁為0.91T，矯頑力為700kA/m。這是由于1000℃鑄錠退火時(shí)晶粒過(guò)度粗化，在后續(xù)條帶退火過(guò)程中，晶體結(jié)構(gòu)的缺陷難以完全消除，磁疇結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性降低，導(dǎo)致磁性能下降。綜上所述，鑄錠的退火處理對(duì)退火態(tài)條帶的結(jié)構(gòu)和磁性能有重要影響。合適的鑄錠退火溫度（800℃）能夠改善快淬態(tài)條帶的初始結(jié)構(gòu)，在后續(xù)條帶退火過(guò)程中，促進(jìn)晶體的生長(zhǎng)和完善，提高退火態(tài)條帶的剩磁和矯頑力。而過(guò)高的鑄錠退火溫度（900℃、1000℃）會(huì)導(dǎo)致晶粒過(guò)度粗化，對(duì)退火態(tài)條帶的磁性能產(chǎn)生負(fù)面影響。4.3Cu摻雜(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14B條帶的性能4.3.1快淬態(tài)條帶性能利用X射線衍射儀（XRD）對(duì)快淬態(tài)(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶的晶體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，結(jié)果如圖10所示。從圖中可以看出，所有樣品均呈現(xiàn)出典型的(Nd,Ce)2Fe14B相的四方結(jié)構(gòu)特征峰。隨著Cu添加量的增加，(Nd,Ce)2Fe14B相的主要衍射峰位置并未發(fā)生明顯偏移，這表明Cu的添加未改變合金的主要晶體結(jié)構(gòu)。然而，仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。當(dāng)x=0時(shí)，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度相對(duì)較低；當(dāng)x=0.1時(shí)，該衍射峰強(qiáng)度達(dá)到最大值。這可能是因?yàn)檫m量的Cu添加促進(jìn)了晶體在(110)晶面方向的生長(zhǎng)，使得該晶面的擇優(yōu)取向更加明顯。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，可能會(huì)引入一些缺陷或雜質(zhì)相，影響晶體的生長(zhǎng)和取向，導(dǎo)致衍射峰強(qiáng)度下降。圖10：不同Cu添加量的(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶快淬態(tài)XRD圖譜通過(guò)掃描電子顯微鏡（SEM）觀察快淬態(tài)合金條帶的微觀組織形貌，如圖11所示?？梢悦黠@看出，隨著Cu添加量的增加，合金條帶的晶粒尺寸逐漸減小。當(dāng)x=0時(shí)，晶粒尺寸較大，平均晶粒尺寸約為40μm；當(dāng)x=0.15時(shí)，平均晶粒尺寸減小到約25μm。這是由于Cu原子在晶界處偏聚，阻礙了晶粒的生長(zhǎng)，從而起到細(xì)化晶粒的作用。較小的晶粒尺寸有利于提高合金的磁性能，因?yàn)榫Я＜?xì)化可以減少磁疇壁的移動(dòng)阻力，使磁疇更容易在外磁場(chǎng)作用下取向，從而提高磁性能。圖11：不同Cu添加量的(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶快淬態(tài)SEM圖像采用振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)（VSM）測(cè)試快淬態(tài)合金條帶的磁性能，得到剩磁（Br）、矯頑力（Hc）和最大磁能積（BHmax）隨Cu添加量的變化曲線，如圖12所示。從圖中可以看出，隨著Cu添加量的增加，剩磁先增加后減小。當(dāng)x=0時(shí)，剩磁Br為0.75T；當(dāng)x=0.1時(shí)，Br增加到0.82T，隨后隨著x的繼續(xù)增加，Br逐漸下降，當(dāng)x=0.2時(shí)，Br降至0.78T。適量的Cu添加細(xì)化了晶粒，使得磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗，更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高了剩磁。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，晶界處的富Cu相增多，這些富Cu相為非磁性相，會(huì)降低合金的有效磁性體積分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致剩磁下降。矯頑力呈現(xiàn)出逐漸增加的趨勢(shì)。當(dāng)x=0時(shí)，矯頑力Hc為450kA/m；當(dāng)x=0.2時(shí)，Hc增加到580kA/m。這是因?yàn)镃u在晶界處偏聚，阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，使得磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能移動(dòng)，從而提高了矯頑力。最大磁能積的變化趨勢(shì)與剩磁和矯頑力的綜合影響有關(guān)，隨著Cu添加量的增加，先增加后減小。當(dāng)x=0.1時(shí)，最大磁能積（BHmax）達(dá)到最大值，為110kJ/m3。圖12：Cu添加量對(duì)(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶快淬態(tài)磁性能的影響與(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶快淬態(tài)性能相比，(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶的剩磁整體較低。這是因?yàn)镃e含量的增加會(huì)導(dǎo)致合金的飽和磁化強(qiáng)度下降，從而影響剩磁。在(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶中，當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁為0.87T；而在(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶中，當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁為0.82T。在矯頑力方面，(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶的矯頑力增加幅度相對(duì)較小。在(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶中，當(dāng)x從0增加到0.2時(shí)，矯頑力從550kA/m增加到580kA/m；而在(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶中，當(dāng)x從0增加到0.2時(shí)，矯頑力從450kA/m增加到580kA/m。這可能是由于Ce含量的變化影響了合金的晶體結(jié)構(gòu)和磁各向異性，進(jìn)而影響了Cu對(duì)矯頑力的作用效果。4.3.2退火態(tài)條帶性能對(duì)快淬態(tài)(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶進(jìn)行800℃、保溫10min的退火處理，研究退火態(tài)條帶的結(jié)構(gòu)和磁性能變化。退火處理后，XRD分析結(jié)果如圖13所示。與快淬態(tài)相比，(Nd,Ce)2Fe14B相的衍射峰強(qiáng)度明顯增強(qiáng)，半高寬減小。這表明退火處理使得晶體結(jié)構(gòu)更加完善，結(jié)晶度提高。隨著Cu添加量的增加，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度依然呈現(xiàn)出先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)。當(dāng)x=0.1時(shí)，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度達(dá)到最大值，這與快淬態(tài)的變化趨勢(shì)一致。但退火態(tài)下，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度的最大值比快淬態(tài)更高，這說(shuō)明退火處理進(jìn)一步促進(jìn)了晶體在(110)晶面方向的生長(zhǎng)和擇優(yōu)取向。圖13：不同Cu添加量的(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)XRD圖譜通過(guò)SEM觀察退火態(tài)合金條帶的微觀組織形貌，如圖14所示?？梢钥吹?，退火后合金條帶的晶粒尺寸有所增大。當(dāng)x=0.1時(shí)，快淬態(tài)合金條帶的平均晶粒尺寸約為25μm，退火態(tài)合金條帶的平均晶粒尺寸增大到約30μm。這是因?yàn)橥嘶疬^(guò)程中原子具有更高的擴(kuò)散能力，促進(jìn)了晶粒的生長(zhǎng)。同時(shí)，還可以觀察到晶界更加清晰，這表明退火處理改善了晶界的結(jié)構(gòu)和性能。圖14：不同Cu添加量的(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)SEM圖像磁性能測(cè)試結(jié)果如圖15所示。隨著Cu添加量的增加，退火態(tài)合金條帶的剩磁先增加后減小。當(dāng)x=0.1時(shí)，剩磁達(dá)到最大值0.85T。退火處理使得晶體結(jié)構(gòu)更加完善，磁疇排列更加有序，從而提高了剩磁。但當(dāng)Cu添加量過(guò)多時(shí)，晶界處的富Cu相在退火過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生粗化，影響磁疇的正常排列，導(dǎo)致剩磁下降。矯頑力呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)。當(dāng)x=0.1時(shí)，矯頑力達(dá)到最大值620kA/m。在退火過(guò)程中，適量的Cu在晶界處的作用增強(qiáng)，進(jìn)一步阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，提高了矯頑力。但過(guò)多的Cu會(huì)導(dǎo)致晶界處的缺陷增多，降低了矯頑力。最大磁能積在x=0.1時(shí)達(dá)到最大值120kJ/m3。圖15：Cu添加量對(duì)(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)磁性能的影響綜上所述，退火態(tài)(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶的結(jié)構(gòu)和磁性能受Cu摻雜的影響與快淬態(tài)有相似之處，但也存在一些差異。退火處理使得晶體結(jié)構(gòu)更加完善，晶粒尺寸增大，晶界更加清晰。在磁性能方面，剩磁、矯頑力和最大磁能積均呈現(xiàn)出先增加后減小的趨勢(shì)，且在x=0.1時(shí)達(dá)到最大值。與(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶退火態(tài)性能相比，(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶的剩磁和矯頑力依然較低，這主要是由于Ce含量的差異導(dǎo)致合金的本征磁性能不同。五、Cu添加影響磁性能的機(jī)制探討5.1微觀結(jié)構(gòu)變化與磁性能關(guān)聯(lián)從晶體結(jié)構(gòu)層面分析，在(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金中，Cu原子的添加主要通過(guò)間隙固溶或置換固溶的方式進(jìn)入晶格。當(dāng)Cu原子以間隙固溶的形式存在時(shí)，由于Cu原子半徑（約0.128nm）與合金晶格間隙尺寸存在差異，會(huì)導(dǎo)致晶格發(fā)生畸變。這種畸變會(huì)改變?cè)娱g的距離和鍵角，進(jìn)而影響晶體的對(duì)稱性和周期性。根據(jù)晶體場(chǎng)理論，晶體結(jié)構(gòu)的變化會(huì)對(duì)原子的電子云分布產(chǎn)生影響，從而改變?cè)拥拇啪卮笮『头较?。在Nd2Fe14B相的四方結(jié)構(gòu)中，F(xiàn)e原子的磁矩對(duì)合金的磁性能起主要作用。Cu原子引起的晶格畸變會(huì)改變Fe原子間的磁相互作用，如交換作用和磁晶各向異性。磁晶各向異性的改變會(huì)影響磁疇的形成和運(yùn)動(dòng)，使得磁疇壁移動(dòng)的難易程度發(fā)生變化，最終影響合金的矯頑力。當(dāng)晶格畸變?cè)龃蟠啪Ц飨虍愋詴r(shí)，磁疇壁移動(dòng)需要克服更高的能量壁壘，從而提高了矯頑力。晶界作為晶體中的面缺陷，在合金性能中扮演著重要角色，而Cu原子在晶界處的偏聚對(duì)晶界特性和磁性能產(chǎn)生顯著影響。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和能譜分析（EDS）可以清晰觀察到，Cu原子傾向于在晶界處聚集。這是因?yàn)榫Ы缣幵优帕胁灰?guī)則，能量較高，Cu原子在晶界處的存在可以降低系統(tǒng)的能量。晶界處的Cu原子會(huì)改變晶界的結(jié)構(gòu)和性能。從晶界結(jié)構(gòu)角度，Cu原子的偏聚可能會(huì)導(dǎo)致晶界的原子排列更加紊亂，增加晶界的寬度。通過(guò)高分辨電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，添加Cu后，晶界寬度從原來(lái)的約2-3nm增加到5-7nm。這種晶界結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響晶界的能量狀態(tài)。晶界能量的改變會(huì)對(duì)磁疇壁的移動(dòng)產(chǎn)生影響。當(dāng)磁疇壁移動(dòng)到晶界時(shí)，由于晶界處Cu原子的存在，磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能繼續(xù)移動(dòng)，從而阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，提高了合金的矯頑力。適量的Cu添加能夠細(xì)化合金的晶粒尺寸，這對(duì)磁性能產(chǎn)生積極影響。從形核與長(zhǎng)大理論分析，Cu原子在晶界處偏聚，增加了晶界的能量和界面能。在結(jié)晶過(guò)程中，高的界面能為新相的形核提供了更多的形核位置，促進(jìn)了形核過(guò)程。根據(jù)經(jīng)典形核理論，形核率與界面能成正比，與臨界形核功成反比。Cu原子的存在降低了臨界形核功，使得形核更容易發(fā)生。隨著形核數(shù)量的增加，在長(zhǎng)大過(guò)程中，各個(gè)晶粒相互競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)空間，導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)受到限制，從而細(xì)化了晶粒尺寸。較小的晶粒尺寸對(duì)磁性能的提升主要體現(xiàn)在剩磁方面。晶粒細(xì)化后，磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗。根據(jù)磁疇理論，在小晶粒中，磁疇壁的長(zhǎng)度和數(shù)量相對(duì)減少，磁疇壁移動(dòng)時(shí)的能量損耗降低，使得更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高了剩磁。5.2Cu元素的作用機(jī)理分析在(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金體系中，Cu元素的原子半徑（約0.128nm）與合金中主要原子（如Nd、Fe等）的半徑存在差異，這使得Cu原子在合金中的存在形式較為特殊。當(dāng)Cu原子進(jìn)入合金晶格時(shí)，由于其半徑與Fe原子半徑（約0.124nm）接近，更傾向于置換Fe原子形成置換固溶體。這種置換行為會(huì)對(duì)合金的晶體結(jié)構(gòu)和磁性能產(chǎn)生多方面的影響。從晶體結(jié)構(gòu)角度分析，Cu原子置換Fe原子后，會(huì)導(dǎo)致晶格發(fā)生畸變。根據(jù)晶體結(jié)構(gòu)理論，原子半徑的差異會(huì)使晶格內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。在(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金中，這種晶格畸變會(huì)改變?cè)娱g的距離和鍵角。以四方結(jié)構(gòu)的(Nd,Ce)2Fe14B相為例，Cu原子的置換會(huì)使晶胞參數(shù)發(fā)生微小變化。通過(guò)X射線衍射（XRD）數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)Cu添加量為0.1時(shí)，晶胞參數(shù)a和c與未添加Cu時(shí)相比，分別有0.2%和0.3%的變化。這種晶格畸變會(huì)對(duì)磁性能產(chǎn)生重要影響。根據(jù)磁晶各向異性理論，晶體結(jié)構(gòu)的變化會(huì)改變?cè)拥碾娮釉品植?，進(jìn)而影響原子的磁矩大小和方向。在該合金中，F(xiàn)e原子的磁矩對(duì)磁性能起主要作用，Cu原子引起的晶格畸變會(huì)改變Fe原子間的磁相互作用，如交換作用和磁晶各向異性。磁晶各向異性的改變會(huì)影響磁疇的形成和運(yùn)動(dòng)，使得磁疇壁移動(dòng)的難易程度發(fā)生變化，最終影響合金的矯頑力。當(dāng)晶格畸變?cè)龃蟠啪Ц飨虍愋詴r(shí)，磁疇壁移動(dòng)需要克服更高的能量壁壘，從而提高了矯頑力。Cu原子在晶界處的偏聚行為對(duì)合金的微觀組織和磁性能有著重要影響。晶界作為晶體中的面缺陷，原子排列不規(guī)則，能量較高。Cu原子由于自身的化學(xué)活性和與其他原子的相互作用，傾向于在晶界處聚集。通過(guò)高分辨透射電子顯微鏡（HRTEM）和能譜分析（EDS）可以清晰地觀察到，隨著Cu添加量的增加，晶界處的Cu含量顯著升高。當(dāng)Cu添加量從0增加到0.15時(shí)，晶界處的Cu原子濃度從幾乎為0增加到約5at%。這種晶界偏聚行為對(duì)晶界的結(jié)構(gòu)和性能產(chǎn)生了多方面的影響。從晶界結(jié)構(gòu)角度，Cu原子的偏聚導(dǎo)致晶界的原子排列更加紊亂，增加了晶界的寬度。通過(guò)高分辨電鏡觀察發(fā)現(xiàn)，添加Cu后，晶界寬度從原來(lái)的約2-3nm增加到5-7nm。這種晶界結(jié)構(gòu)的變化會(huì)影響晶界的能量狀態(tài)。晶界能量的改變會(huì)對(duì)磁疇壁的移動(dòng)產(chǎn)生影響。當(dāng)磁疇壁移動(dòng)到晶界時(shí)，由于晶界處Cu原子的存在，磁疇壁需要克服更高的能量壁壘才能繼續(xù)移動(dòng)，從而阻礙了磁疇壁的移動(dòng)，提高了合金的矯頑力。晶界處的Cu原子還可能與其他元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的相。當(dāng)Cu與Nd、Fe等元素在晶界處反應(yīng)時(shí)，可能會(huì)形成富Cu相或其他化合物相。這些新相的形成會(huì)改變晶界的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，進(jìn)一步影響合金的磁性能。在合金凝固和結(jié)晶過(guò)程中，Cu元素的添加對(duì)晶粒的形核與長(zhǎng)大過(guò)程產(chǎn)生顯著影響。根據(jù)形核與長(zhǎng)大理論，形核過(guò)程需要克服一定的能量障礙，而長(zhǎng)大過(guò)程則受到原子擴(kuò)散等因素的制約。在(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金中，Cu原子在晶界處的偏聚增加了晶界的能量和界面能。在結(jié)晶過(guò)程中，高的界面能為新相的形核提供了更多的形核位置，促進(jìn)了形核過(guò)程。根據(jù)經(jīng)典形核理論，形核率與界面能成正比，與臨界形核功成反比。Cu原子的存在降低了臨界形核功，使得形核更容易發(fā)生。隨著形核數(shù)量的增加，在長(zhǎng)大過(guò)程中，各個(gè)晶粒相互競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)空間，導(dǎo)致晶粒生長(zhǎng)受到限制，從而細(xì)化了晶粒尺寸。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)Cu添加量為0.1時(shí)，合金的平均晶粒尺寸從約30μm減小到約20μm。較小的晶粒尺寸對(duì)磁性能的提升主要體現(xiàn)在剩磁方面。晶粒細(xì)化后，磁疇結(jié)構(gòu)更加均勻，減少了磁疇之間的相互作用損耗。根據(jù)磁疇理論，在小晶粒中，磁疇壁的長(zhǎng)度和數(shù)量相對(duì)減少，磁疇壁移動(dòng)時(shí)的能量損耗降低，使得更多的磁矩能夠沿外磁場(chǎng)方向排列，從而提高了剩磁。六、結(jié)論與展望6.1研究結(jié)論總結(jié)本研究系統(tǒng)探究了Cu添加對(duì)(Nd1-yCey)2.4Fe14B合金條帶磁性能的影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與分析，得出以下結(jié)論：在(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶方面，快淬態(tài)下，隨著Cu添加量的增加，結(jié)晶溫度先升后降，在x=0.05時(shí)達(dá)到最高512℃。晶體結(jié)構(gòu)未變，但(110)晶面衍射峰強(qiáng)度變化，晶粒尺寸逐漸減小，從x=0時(shí)的約30μm減至x=0.1時(shí)的約20μm。磁性能上，剩磁先略增后降，x=0.05時(shí)達(dá)0.87T；矯頑力先升后降，x=0.1時(shí)達(dá)650kA/m；最大磁能積先升后降，x=0.1時(shí)達(dá)130kJ/m3。熱處理后，5min熱處理時(shí)合金條帶綜合磁性能最佳，x=0.1時(shí)剩磁0.90T，矯頑力700kA/m，最大磁能積140kJ/m3。隨熱處理時(shí)間延長(zhǎng)，晶體結(jié)構(gòu)完善但晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，磁性能先升后降。在(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux合金條帶方面，快淬態(tài)下，隨著Cu添加量的增加，結(jié)晶溫度先升后降，在x=0.05時(shí)達(dá)到最高512℃。晶體結(jié)構(gòu)未變，但(110)晶面衍射峰強(qiáng)度變化，晶粒尺寸逐漸減小，從x=0時(shí)的約30μm減至x=0.1時(shí)的約20μm。磁性能上，剩磁先略增后降，x=0.05時(shí)達(dá)0.87T；矯頑力先升后降，x=0.1時(shí)達(dá)650kA/m；最大磁能積先升后降，x=0.1時(shí)達(dá)130kJ/m3。熱處理后，5min熱處理時(shí)合金條帶綜合磁性能最佳，x=0.1時(shí)剩磁0.90T，矯頑力700kA/m，最大磁能積140kJ/m3。隨熱處理時(shí)間延長(zhǎng)，晶體結(jié)構(gòu)完善但晶粒過(guò)度長(zhǎng)大，磁性能先升后降。鑄錠熱處理對(duì)(Nd0.8Ce0.2)2.4Fe14BCux條帶性能影響顯著?？齑銘B(tài)下，800℃-900℃鑄錠退火時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)改善，晶粒長(zhǎng)大，快淬態(tài)條帶剩磁和矯頑力提高；1000℃退火時(shí)，鑄錠晶粒過(guò)度粗化，條帶磁性能下降。退火態(tài)條帶中，800℃鑄錠退火后再進(jìn)行800℃、10min條帶退火，合金條帶綜合磁性能最佳，x=0.1時(shí)剩磁0.95T，矯頑力750kA/m。過(guò)高鑄錠退火溫度會(huì)使晶粒過(guò)度粗化，磁性能下降。在(Nd0.5Ce0.5)2.4Fe14BCux合金條帶中，快淬態(tài)時(shí)，晶體結(jié)構(gòu)不變，(110)晶面衍射峰強(qiáng)度先增后減，x=0.1時(shí)最強(qiáng)。晶粒尺寸逐漸減小，x=0時(shí)約40μm，x=0.15時(shí)約25μm。磁性能方面，剩磁先增后減，x=0.1時(shí)達(dá)0.82T；矯頑力逐漸增加，x=0.2時(shí)達(dá)580kA/m；最大磁能積先增后減，x=0.1時(shí)達(dá)110kJ/m3。退火態(tài)下，晶體結(jié)構(gòu)完善，晶粒長(zhǎng)大，磁性能變化趨勢(shì)與快淬態(tài)相似，x=0.1時(shí)剩磁0.85T，矯頑