Zr对耐高温2:17型SmCo磁体力学服役特性及磁性能的影响研究

发布时间：2019-08-15 15:08

【摘要】：2:17型SmCo稀土永磁材料由于具有较高的居里温度、优异的温度稳定性及耐腐蚀性,成为了微波通信、航天航空、军事军工等应用领域的首选材料。近年来,随着科技装备的不断发展,在极端环境下的应用需求不断提高,这对钐钴磁体的高温磁性能及服役特性提出了更高的要求。基于钐钴磁体微结构与磁性能及力学性能的密切关系,本论文通过粉末冶金工艺制备获得烧结Sm(CobalFe0.09Cu0.09Zrx)7.68(x=0.020,0.025,0.030,0.035)磁体,利用Zr元素对2:17型钐钴磁体胞状结构和片状相的调控作用,研究了片状相的结构特点及其对磁体耐高温特性、力学性能、热电特性的影响作用。主要的研究内容和结果如下:(1)研究合金成分中Zr含量对磁体的微观结构及磁性能变化的影响。微观组织结构研究发现:随着Zr含量的增多,片状相密度增加,胞状组织结构细化。片状相密度从x=0.020为~0.04 nm-1增加至x=0.030为~0.06 nm-1;胞状结构尺寸从0.020为83.88nm细化至x=0.030为58.16nm。当Zr含量大于0.030时,基体中逐渐沉淀析出更多的Zr6(Co,Fe)23杂相。磁性能表征表明:在室温~773K时,随着Zr含量的增加,退磁曲线的方形度改善,矫顽力先增加后降低,在x=0.030时达到最大值,此时具有较好的磁性能为Br=9.48 kGs,Hcj=30.17 kOe,(BH)m=21.79 MGs;当温度达到773K时,随Zr含量的增加矫顽力单调增加,这表明Zr具有稳定高温相结构的作用,同时矫顽力由钉扎机制逐渐转变为形核机制。(2)研究了微观组织结构对磁体的力学各向异性及断裂行为的影响机理。研究发现力学各向异性与片状结构有关,而与胞状结构结构及沉淀析出的第二相与磁体整体的力学强度有关。通过SEM观察断口形貌均呈现河流、台阶状的花样,表现解理脆性断裂的特征;进一步利用压痕法分析裂纹扩展形貌发现,裂纹终止或绕开氧化物表现较强的力学强度,而在沉淀析出Zr6(Co,Fe)23相及孔洞处易于形成微裂纹表现较弱的强度。通过抗弯强度分析表明,磁体的力学强度表现各向异性,随Zr含量的增加力学各向异性趋于各向同性,且在x≈0.0285处出现各向异性反转;同时,随Zr含量的增加,⊥C轴方向的抗弯强度逐渐增加,说明片层之间的作用有助于改善磁体的力学强度。(3)通过热膨胀、热导率及电阻率的分析,研究了Zr含量对Sm2Co17磁体热电特性的影响。结果表明,在不同的Zr含量下,磁体的热膨胀均呈现各向异性,且随Zr含量的增加,热膨胀各向异性差(35)L逐渐增大。在同一Zr含量下,随温度升高金属导热系数增加使得热导率增大;在不同的Zr含量下,当x0.030时,呈现各向异性;当x≥0.030时,呈现各向同性。在//C轴及⊥C轴方向,电阻率表现各向异性且随Zr含量的增加而增大。大半径原子Zr取代Co原子引起晶格点阵结构畸变(2:17相的a增大,c减少;1:5相的a减少,c增大),使得原子之间的距离及振幅发生变化,导致Sm2Co17磁体热电特性随Zr含量的变化而变化。
【图文】：

通信、国防军工、航空航天、医疗器械、电机马达等领域新兴产业及高端技术的重要应用材料之一[1]。概述及发展上最早发现并应用磁性材料的国家，早在 11 世纪就有人是人类最先大量使用的永磁材料，随后逐渐出现 AlNiC 60 年代，相继出现了以 SmCo、NdFeB 为代表的稀土永2kJ/m3提高到 90 年代的 400 kJ/m3，使得磁性材料得到了如图 1.1 所示。根据磁能积将稀土永磁的发展分为三代为代表的永磁材料、2:17 型 SmCo 系合金为代表的第二代的 NdFeB 系合金为代表的第三代稀土永磁材料。随着技索更高性能的第四代稀土永磁材料[1, 2]。

而得到；当温度在 1250℃以下转变单胞是由三个 1:5 单胞沿 C 轴重叠而R)= a(1:5R)，所以，当相 SmCo5中的为 Sm2Co17结构。2:17H 和 2:17R 可晶体结构如图 1.3 所示。在室温条件原子占据 b、d 晶位，Co 原子占据 f、面各向异性。表 1-4 Sm2Co17磁体常见化合物的晶体结e crystal structure of common compounds in S晶系 空间群 Sm原子占菱方晶系 P63/mmc 2(b), 2(d) 六方晶系 R3m 6(c) 六方晶系 P6/mmm 1(a) 菱方晶系 R3m 3(a), 6(c) 六方晶系 P6/mmm 1(a)
【学位授予单位】：重庆理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM273

【参考文献】

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本文编号：2527067