發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 17:41

　　 作為第二代稀土永磁材料,2:17型SmCo永磁體磁性能優(yōu)異、居里溫度高、溫度穩(wěn)定性強(qiáng)、抗腐蝕和抗氧化性強(qiáng),其最高使用溫度可達(dá)550℃,這使它能夠應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域,特別是滿足航空航天和軍工等高溫工作環(huán)境。近年,2:17型SmCo永磁體的相關(guān)研究重新引起重視。本論文針對(duì)擁有高性能的高Fe含量磁體工藝復(fù)雜的問題開展研究。首先采用粉末冶金法制備磁體,進(jìn)而研究元素含量變化引起的結(jié)構(gòu)、磁性能變化及調(diào)控方法,分析元素分布狀態(tài)對(duì)磁性能的影響方式,以摻雜技術(shù)改善Sm(CoCuFeZr)_z磁體晶界結(jié)構(gòu)缺陷,最終實(shí)現(xiàn)磁體磁性能的優(yōu)化。采用六個(gè)不同名義成分的Sm(Co_(bal)Fe_xCu_(0.06)Zr_(0.025))_z鑄錠(其中x=0.20、0.25、0.28;z=7、9.5),按Fe含量分組(簡(jiǎn)稱為Fe_(0.20)、Fe_(0.25)和Fe_(0.28)體系)制備高Fe含量磁體。在探索獲得高矯頑力的過程中建立了“Fe含量-z值-矯頑力”三者的關(guān)聯(lián)機(jī)制。即“提高Fe含量后必須同步降低z值才能獲得較高的矯頑力”。結(jié)合磁性能和微觀結(jié)構(gòu)演變,發(fā)現(xiàn)以高矯頑力Sm(Co_(0.715)Fe_(0.20)Cu_(0.06)Zr_(0.025))_(7.86)磁體為基礎(chǔ)(H_(cj)=30.38 kOe),若Sm含量不變,那么Fe含量的提高將使得胞狀相從胞壁相占用更多的Sm以促進(jìn)胞狀相自身生長(zhǎng),胞壁相沒有足夠的Sm會(huì)難以形成,矯頑力因此大幅下降。當(dāng)提高Sm含量后,胞壁相得以形成而且變得完整,由于Cu在1:5胞壁相與2:17胞狀相內(nèi)形成了較大濃度梯度差,產(chǎn)生了很強(qiáng)的釘扎作用,磁疇形貌顯示疇寬變窄。最終制得磁性能最佳的Sm(Co_(0.635)Fe_(0.28)Cu_(0.06)Zr_(0.025))_7磁體,(BH)_(max)=27.50 MGOe,H_(cj)=14.77 kOe。然而,該磁體矯頑力無法恢復(fù)到低Fe含量的水平,一方面是Fe含量的提高使胞狀相尺寸從120 nm升至180 nm,胞壁相體積分?jǐn)?shù)降低,另一方面是平均胞壁厚度與磁疇壁厚度差異增大,不利于抑制疇壁移動(dòng)。采用電子探針EPMA觀察了Sm(Co_(0.665)Fe_(0.25)Cu_(0.06)Zr_(0.025))_7磁體晶粒的元素分布,研究了燒結(jié)工藝對(duì)磁體微觀結(jié)構(gòu)和磁性能的影響。時(shí)效后的磁體存在晶界貧Cu區(qū)域,寬度約0.75μm。當(dāng)燒結(jié)溫度在1195℃時(shí),樣品已接近理論密度8.40g/cm~3并保持穩(wěn)定。矯頑力處在20~25 kOe,但退磁曲線在反向場(chǎng)-2 kOe的位置出現(xiàn)明顯“臺(tái)階”,影響了方形度,磁能積只有22 MGOe左右。當(dāng)燒結(jié)溫度提高至1220℃左右,貧Cu晶界區(qū)域體積分?jǐn)?shù)降低,方形度明顯改善,磁能積提高至25~27 MGOe,但是矯頑力下降至16 kOe左右,相應(yīng)的最佳固溶溫度也降低了。MOKE觀察顯示晶界區(qū)在退磁過程中率先出現(xiàn)磁疇翻轉(zhuǎn),是造成磁體不均勻的主要原因,無法靠調(diào)控固溶溫度解決。提高燒結(jié)溫度促使晶粒內(nèi)的Cu原子向晶界貧Cu區(qū)擴(kuò)散填補(bǔ)而造成晶粒長(zhǎng)大,平均晶粒尺寸從10μm增大至25μm。據(jù)估算貧Cu晶界區(qū)域體積分?jǐn)?shù)從19.5%降至8.5%,方形度和磁能積因此改善。此外,晶粒長(zhǎng)大過程中需要晶粒內(nèi)的Cu原子向貧Cu晶界區(qū)域擴(kuò)散填補(bǔ),導(dǎo)致大晶粒內(nèi)Cu的濃度降低,Cu的稀釋現(xiàn)象是矯頑力降低的原因。對(duì)摻雜Cu粉的Sm(Co_(0.665)Fe_(0.25)Cu_(0.06)Zr_(0.025))_7磁體進(jìn)行系統(tǒng)研究,發(fā)現(xiàn)固溶后磁體晶界區(qū)域元素分布與主相晶粒一致,而時(shí)效后只有Cu元素在晶界含量降低。對(duì)此,將球磨粉與磁體質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.0 wt.%、粒度2μm的Cu粉混合均勻并按粉末冶金法燒制塊體,摻雜前后兩個(gè)樣品密度均接近理論值,摻雜磁體剩磁略有降低,但是矯頑力從11.94 kOe提高至21.21 kOe。摻雜樣品磁能積為25.02 MGOe,略高于原始樣品。EPMA觀察證實(shí)摻雜后原來貧Cu晶界明顯消除,晶粒內(nèi)Cu含量也提高了,說明燒結(jié)過程中毛細(xì)作用促使Cu粉熔化以液態(tài)覆蓋了粉末表面并擴(kuò)散進(jìn)入晶粒內(nèi)部。TEM發(fā)現(xiàn)貧Cu晶界周圍沒有完整的胞狀相,而摻雜后的晶界周圍微觀結(jié)構(gòu)完整。同時(shí),摻雜樣品胞壁相Cu含量也比原始樣品中的更高。初始磁化曲線證實(shí)摻雜前后磁體的磁硬化機(jī)制仍為釘扎機(jī)制。使用不同粒度和摻雜量的Cu納米粉和微米粉制備磁體。摻雜磁體矯頑力可提高10~15 kOe。磁能積穩(wěn)定在25 MGOe左右。但是,在摻雜納米粉的磁體中發(fā)現(xiàn)部分未填補(bǔ)的晶界,并從晶界和晶粒內(nèi)形成了不均勻的Cu濃度梯度,造成樣品退磁曲線塌腰明顯。相比之下,摻雜微米粉的磁體Cu分布更均勻,證明了摻雜微米粉的更利于提高磁性能。
【學(xué)位單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TM273
【部分圖文】：

)、溫度穩(wěn)定性好、耐腐蝕性強(qiáng)及抗氧化性好等優(yōu)點(diǎn)使佳選擇[5-10]。稀土永磁材料的研究在短期內(nèi)迅速推進(jìn)合物并不存在 CaCu5型結(jié)構(gòu)，而與 R2Co17型結(jié)構(gòu)相同里溫度卻很低。終于在 1983 年，Sagawa[11]等人的研NdFeB 永磁體誕生。該磁體為鐵基稀土永磁材料，主e14B。作為新一代永磁體，其(BH)max接近 60 MGOe，，儲(chǔ)量豐富的 Nd 元素和價(jià)格低廉的 Fe 使其成本降dFeB 永磁體溫度穩(wěn)定性差，制約了其在高溫工作環(huán)境航天領(lǐng)域。在那之后，人們又嘗試了多種探索，即使合物或在薄膜材料制得很高的磁能積，卻無法在塊體dFeB 永磁體仍享有“磁王”的稱號(hào)。經(jīng)過了幾十年的的性能促成了磁性材料器件的小型化甚至微型化，已、自動(dòng)化技術(shù)、交通運(yùn)輸、醫(yī)療、生物工程、航空航應(yīng)用[12-19]。

o 永磁體微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如圖 1-2 所示。主相為在文獻(xiàn)報(bào)道中胞狀相尺寸約 50~200 nm 不等，另環(huán)繞胞壁相[41-44]，其厚度約 5~20 nm。其中，室溫下為 Th2Zn17型菱方結(jié)構(gòu)[45, 46]，空間群為c=12.216 ，這是在三個(gè) SmCo5型晶體結(jié)構(gòu)基原子，并在基面上滑移而成的。另外其高溫下 P63/mmc，晶格常數(shù)為 a=8.360 ，c=8.515 。結(jié)構(gòu)及 TbCu7型結(jié)構(gòu)，即高溫相，低于 1000溫相(室溫相)。胞壁相為富 Cu 的六方晶系 Ca6/mmm，晶格常數(shù)為 a=5.002 ，c=3.974 ，這 1:5 相擁有較高的磁晶各向異性[45]。圖 1-3 為 ，1:5 型結(jié)構(gòu)的兩個(gè) Sm 原子用 Co-Co 啞鈴對(duì)展示了室溫 Th2Zn17型和高溫 Th2Ni17型晶體結(jié)

圖 1-3 TbCu7型和 CaCu5型晶體結(jié)構(gòu)Fig. 1-3 Crystal structure of TbCu7type and CaCu5type圖 1-4 Th2Zn17型和 Th2Ni17型晶體結(jié)構(gòu)Fig. 1-4 Crystal structure of Th2Zn17type and Th2Ni17type富 Fe 的主相為磁體獲得高飽和磁化強(qiáng)度，富 Cu 的胞壁相通過釘扎疇壁
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868889