各向异性块体Sm-Co基纳米晶磁体的制备及磁性研究

发布时间：2020-04-27 22:40

【摘要】：永磁体作为电能和机械能的重要媒介,在社会生活、商业生产各方面发挥着重大作用,而航空航天、军事工业和环境友好型科技等重要的高温工作领域,对永磁体的性能提出了严峻的要求。高温磁性能优异的Sm-Co基磁体与纳米晶材料的融合是新型高温磁体的重要开发方向。本论文着眼于250℃以上使用的SmCo_5、SmCo_7系高温永磁材料,进行了以下研究工作。采用快速高压热变形技术对高能球磨制备的SmCo_5非晶前驱物进行高压热变形,制备出了晶粒尺寸小(~13 nm)同时具有较强织构的各向异性纳米晶块体磁体。该磁体具有(00l)方向的晶体学织构(I_((002))/I_((111))=1.55),表现出很强的磁各向异性。在变形温度为620℃,变形量为81%时综合性能最高,最大磁能积为13.7 MGOe。采用真空电弧熔炼获得SmCo_x(x=6.37-7.44)成分的合金铸锭,然后将粗破碎的粉末进行高能球磨获得了非晶前驱物,结合快速高压热变形技术成功制备出了各向异性的高性能SmCo_7纳米晶块体磁体。当前驱物原子比在x=6.7-7.25范围内时,热变形磁体中能析出单一的TbCu_7型的SmCo_7相;在x=7.25时磁体的磁性能最为优异,最大磁能积为19 MGOe,其平均晶粒尺寸约为23.6 nm。采用同样工艺,在SmCo原子比为1:7.25的条件下,用稀土Pr元素部分取代Sm元素,制备出了各向异性的块体(Sm_xPr_(1-x))Co_7(0≤x≤1)纳米晶磁体。在x=0和0.6时的热变形磁体都表现出良好的磁性能,最大磁能积均达到19.3 MGOe,易难磁化方向的剩磁比值B_r~∥/B_r~⊥分别为1.73和1.55。本文中所制备的SmCo_5磁体具有很小的晶粒尺寸和较强的织构,填补了制备小晶粒尺寸各向异性SmCo_5纳米晶块体磁体的空白;制备出的各向异性块体SmCo_7基纳米晶磁体,其最大磁能积超越了目前已有记录的最大值,并且表现出良好的高温特性。
【图文】：

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首先发展的是稀土-钴系永磁材料。20 世纪 60 年代，以 SmCo5为代表的第一土永磁材料成功开发出来。通过对合金中 SmCo 比例的调整，70 年代，以 Sm2代表的第二代稀土永磁材料很快问世。与之前的磁体相比，它们都展现出了良永磁性能，其最大磁能积(BH)max分别达到 28.5 MGOe 和 30 MGOe。80 年代，究者们孜孜以求的广泛实验研究之后，铁系 RE-Fe-X 三元合金取得重大突破，晶结构的 Nd2Fe14B 展现出强烈的单轴各向异性，并且制备出了(BH)max高达 GOe 的高磁能积 Nd-Fe-B 磁体，，被称为第三代稀土永磁材料。自 20 世纪 80 年代以来，磁性材料的发展出现了短暂的停滞，依靠寻找磁性加优异的单相化合物难以超越现有的 Nd2Fe14B 磁体，由软磁相(一般为α-Fe, Fe硬磁相(一般为 SmCo, NdFeB)复合而成的纳米晶永磁材料开始发展起来，出现了范围内的研究热潮，其磁能积的高理论计算数值燃起了人们冲击第四代高性能材料的信心。图 1-1 为稀土永磁及含稀土的永磁材料的磁能积的发展变化图[6]

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作[7]；1994 年,美国国防部及科研会空军研究处研制工作温度在 450 ℃及以上的高温下仍具有飞机的电力设备上[8-11]。下且仍然保有优良的磁性能的永磁材料必须具的高矫顽力，这个问题 Liu 等人在 2005 年出版料需要具备的基本条件主要有三点[12]：首先，，并且 400 ℃时磁体的内禀矫顽力应高于 12大于 29 MGOe；其次，高温时退磁曲线中的 B不是直线而是有“膝点(knee)”，在实际应用时磁性能就不再具有恢复能力，如图 1-2 所示；最顽力温度因子：高于居里温度时磁体的铁磁性高温永磁材料的必要保证，而矫顽力的温度因的矫顽力下降的系数，计算得到的这个数值越磁材料才能满足实际中高温应用的需求。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.1

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