Sm-Fe-Co-Al-B系非晶基硬磁材料的研究

发布时间：2017-07-20 18:11

本文关键词：Sm-Fe-Co-Al-B系非晶基硬磁材料的研究

【摘要】：近些年非晶材料由于其优良的性能,在功能材料方面得到了广泛的应用。Sm-Co系列的硬磁合金具有优良的磁性能,且在高温领域具有不可替代的作用。本文尝试在Sm-Co合金中复合添加Fe、Al、B三种元素,获得非晶基磁性材料,为开发新一代的永磁体寻找思路。本文采用电弧熔炼与熔体快淬的方法,利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、振动样品磁强计、高分辨透射电子显微镜等仪器,研究了快淬速度和Al含量对Sm-Co基合金的相组成、微观结构和磁性能的影响,以及其磁学机制,还研究了合金成分对材料非晶形成的影响。结果表明,Sm10-25Fe8-15Co50-70Al5-20B2-10系列快淬薄带普遍具有非晶/纳米晶的复合结构。随着快淬速度的提高,薄带的非晶含量增加,但组成相基本不变,主要为SmFe2、SmCo2、Sm2Co7、Sm2Co7B3、AlFe和Co0.72Fe0.28。当辊轮转速为40 m/s时,Sm25Fe10Co50Al10B5合金薄带可以获得最佳的磁性能,Hc=8595.32 Oe,Mr=10.91emu/g,Ms=14.82 emu/g,Mr/Ms=0.74。随着转速的增加,快淬薄带中非晶的稳定性得到提高。Al含量可以显著影响Sm15Fe10Co70-xAlxB5(x=0,5,10,15,20)快淬薄带的微结构和磁性能。该系列合金以40 m/s速度快淬薄带的主相皆为Sm(Co,M)7相。随着Al含量的增加,Sm(Co,M)7相的最高峰向左移动,合金的剩余磁化强度和饱和磁化强度逐渐降低,而矫顽力则是先升高再降低,当Al含量为15 at%时可以获得高达14.65kOe的矫顽力。随着Al元素的添加,一部分Al原子进入SmCo7相中取代部分Co原子,提高了1:7相的各向异性场,从而提高了矫顽力,另一部分Al原子促进薄带内形成胞状组织,其中胞内为非晶相和1:7相,胞壁为多相复合,通过胞壁中非磁性相对磁畴旋转和畴壁位移的钉扎,以及软硬磁性相之间强烈的交换耦合作用,使材料获得优良的磁性能。通过对Sm10Fe15Co60Al10B5和Sm10Fe15Co60Al5B10两种合金薄带的对比,发现B原子可以大幅提高合金的非晶形成能力,且富B的Sm10Fe15Co60Al5B10合金薄带具有更好的磁性能。B原子的原子半径较小,可以进入晶格间隙,提高原子堆积的密度,使原子移动困难,从而提高合金的非晶形成能力。
【关键词】：磁性材料 非晶 熔体快淬 微结构 磁性能
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM271.3
【目录】：

摘要5-6
ABSTRACT6-10
第一章绪论10-20
1.1 前言10
1.2 稀土永磁材料10-16
1.2.1 Sm-Co系列永磁体10-13
1.2.2 Nd-Fe-B系列永磁体13
1.2.3 纳米双相复合永磁材料13-15
1.2.4 其他稀土永磁材料15-16
1.3 非晶磁性材料16-17
1.4 课题的提出、主要研究思路和研究内容17-20
1.4.1 课题的提出17-18
1.4.2 主要研究思路18
1.4.3 研究内容18-20
第二章试验原理及工艺20-24
2.1 试验原理20-21
2.2 成分设计21-22
2.3 试验设备22
2.4 试验思路22-23
2.5 试验过程23-24
第三章 Sm-Fe-Co-Al-B系列薄带的磁性能24-28
3.1 不同快淬速度的Sm_25Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5薄带的磁性能24
3.2 Sm_(20)(Fe,Co,Al,B)_(80)薄带的磁性能24-25
3.3 Sm_(15)(Fe,Co,Al,B)_(85)薄带的磁性能25-26
3.4 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5薄带的磁性能26-28
第四章不同快淬速度对Sm_(25)Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5微结构和磁性能的影响28-38
4.1 概述28-29
4.2 试验过程29
4.3 试验结果与分析29-35
4.3.1 不同冷却速度对Sm_(25)Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5快淬薄带相结构的影响29-30
4.3.2 不同冷却速度下Sm_(25)Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5快淬薄带的扫描电子显微分析30-31
4.3.3 不同冷却速度对Sm_(25)Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5快淬薄带磁性能的影响31-33
4.3.4 不同冷却速度下Sm_(25)Fe_(10)Co_(50)Al_(10)B_5快淬薄带的热磁特性33-35
4.4 本章小结35-38
第五章 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5系列快淬薄带微结构和磁性能的研究38-64
5.1 概述38-39
5.2 试验过程39-40
5.3 试验结果与分析40-62
5.3.1 不同Al含量对Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5快淬薄带相结构的影响40-41
5.3.2 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5快淬薄带的扫描电子显微分析41-43
5.3.3 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5快淬薄带的磁性能及矫顽力机制的探究43-46
5.3.4 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5快淬薄带的热磁特性和高温磁学机制46-52
5.3.5 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5快淬薄带内部交换耦合作用的研究52-53
5.3.6 Sm_(15)Fe_(10)Co_(70-x)Al_xB_5 (x = 0, 15, 20)快淬薄带的透射电子显微分析53-62
5.4 本章小结62-64
第六章 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)(Al,B)_(15)非晶基永磁材料的研究64-76
6.1 概述64-65
6.2 试验过程65-66
6.3 试验结果与分析66-75
6.3.1 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_(10)B_5和Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_5B_(10)的相结构分析66-67
6.3.2 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_(10)B_5和Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_5B_(10)快淬薄带的扫描电子显微分析67-68
6.3.3 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_5B_(10)快淬薄带的透射电子显微分析68-71
6.3.4 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_(10)B_5和Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_5B_(10)快淬薄带的磁性能71-73
6.3.5 Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_(10)B_5和Sm_(10)Fe_(15)Co_(60)Al_5B_(10)快淬薄带的热磁特性73-75
6.4 本章小结75-76
第七章结论76-78
参考文献78-84
致谢84-86
攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果86-87