高温用2:17型SmCo合金及Re-Tm基复合磁性合金的研究

论文摘要

本文研究了Zr含量、时效工艺等对Sm（Co,Fe,Cu,Zr）z合金中成分分布、组织、磁畴及磁性能的影响;通过调整z值、降低Fe含量、提高Cu含量、优化Zr含量设计了低矫顽力温度系数特征的Sm（CobalFe0.08-0.10Cu0.08-0.10Zr0.025）7.4-7.6合金;在此基础上采用吸铸法较大幅度提高了合金的室温磁性能,发展了一种具有优良高温磁性能的2:17型SmCo永磁合金。本文还在具有较高非晶形成能力的Y（Fe,Co）B共晶合金基础上,采用吸铸法实现了块体合金中纳米级层状周期结构的可控制备,并对其晶态、周期尺寸及磁性能成功进行了调控。采用电弧熔炼、吸铸、快淬法制备了Sm（CobalFe0.08-0.10Cu0.08-0.10Zr0.025）7.4-7.6合金的纽扣锭、吸铸合金及薄带试样,研究发现铜模吸铸法制备的尺寸为?6mm的Sm（CobalFe0.08Cu0.10Zr0.025）7.45合金性能稳定且室温下矫顽力达到16.47kOe;分析认为?6合金磁性能的改善与吸铸造成的晶粒细化、取向度增强及两相晶格错配度增加等因素有关。该成分的?6合金在温度升高到500℃以上时矫顽力才开始较快下降, 600℃时矫顽力仍能保持室温水平的70%,其高温磁性能优于目前报道的结果。在此基础上进一步进行了重稀土元素取代试验,Ho元素取代的（Sm0.5Ho0.5）（CobalFe0.10Cu0.08Zr0.025）7.55合金具有优良的室温磁性能,其纽扣锭合金室温矫顽力超过12kOe;250℃以上其相对矫顽力水平低于未取代的样品,但温度高于300℃后其饱和磁化强度则明显高于不含Ho的试样;针对不同的具体应用可对Ho元素的取代比例加以进一步优化。采用铜模吸铸法制备了?2～?9及截面尺寸为2×10的Y6（FeCo）72B22合金,合金具有软磁特性。研究发现,合金?2试样几乎完全为非晶态,随着冷却速度的降低,基体上开始析出有序相并最终形成纳米级层状结构,层状结构的周期随冷速的继续降低而逐渐增大,周期尺寸从?2.5试样中约40nm增加到?9试样中的约400nm。XRD、SAED和EDX分析认为层状结构中的两相分别为（Fe,Co）2B和富Y的αFe相。根据双相纳米晶的耦合作用,控制两相的组成可望在大范围内实现对磁性能的调控。尝试用Nd取代部分Y元素并且在外磁场下吸铸制备了?2合金,初步结果表明其矫顽力和剩磁比相对于纽扣锭合金均有数量级的提高,分别达到1.1kOe和0.3,为新型复合磁性合金的研发提供了新思路。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 2:17 型Sm Co 永磁合金的研究进展
• 1.1.1 稀土永磁合金的发展
• 1.1.2 稀土永磁合金的磁学基础
• 1.1.3 2:17 型Sm Co 合金的微观结构和磁性能
• 1.1.4 2:17 型Sm Co 合金的矫顽力机制
• 1.1.5 2:17 型Sm Co 合金的热稳定性
• 1.1.6 存在的主要问题
• 1.2 大块非晶及纳米晶磁性合金
• 1.2.1 大块非晶磁性合金的发展
• 1.2.2 非晶纳米晶合金中的硬磁性
• 1.2.3 Y（Fe,Co）B 非晶合金的研究进展
• 1.3 论文研究思路
• 1.4 主要研究内容
• 第2章 实验方法
• 2.1 原材料与合金制备
• 2.1.1 原料配备
• 2.1.2 电弧熔炼
• 2.1.3 铜模吸铸
• 2.1.4 熔体快淬
• 2.1.5 真空封管
• 2.1.6 热处理
• 2.2 成分、物相与组织结构表征
• 2.2.1 成分分析
• 2.2.2 物相表征
• 2.2.3 近邻结构分析
• 2.2.4 微观组织观察
• 2.3 差热分析
• 2.4 材料性能测试
• 2.4.1 磁性能测试
• 2.4.2 力学性能测试
• z型高温磁性合金成分设计'>第3章 Sm（CoFeCuZr）_z型高温磁性合金成分设计
• 3.1 本章引论
• 3.2 合金的成分设计思路
• 3.3 Zr、Cu 元素的影响及机理研究
• 3.3.1 Zr 含量对组织演化和磁畴结构的影响
• 3.3.2 时效过程中 Zr、Cu 元素对矫顽力的影响
• 3.4 小结
• z合金磁性能的影响'>第4章 制备工艺和稀土元素取代对Sm（CoFeCuZr）_z合金磁性能的影响
• 4.1 本章引论
• z 合金的制备工艺'>4.2 Sm（CoFeCuZr）_z合金的制备工艺
• 4.2.1 组元烧损的确定
• 4.2.2 制备Cu-Zr 中间合金
• 4.2.3 合金熔体的不同冷却方式
• z 合金的热处理制度'>4.3 Sm（CoFeCuZr）_z合金的热处理制度
• 4.3.1 合金的DSC 曲线
• 4.3.2 830℃时效过程
• 4.3.3 400℃时效过程
• 4.4 制备工艺对磁性能的影响
• 4.5 重稀土元素取代对磁性能的影响
• 4.6 吸铸对磁性能影响的机理讨论
• 4.6.1 晶粒尺寸及取向
• 4.6.2 微观组织
• 4.6.3 晶格错配度
• 4.7 小结
• z合金的高温磁性能及其应用'>第5章 Sm（CoFeCuZr）_z合金的高温磁性能及其应用
• 5.1 本章引论
• 5.2 不同制备工艺合金的高温磁性能
• 5.3 重稀土元素取代后合金的高温磁性能
• 5.4 高温时效处理后合金的磁性能变化
• 5.5 高温时效处理后合金的成分变化
• 5.6 高温时效中合金的相与组织演变
• 5.6.1 物相变化
• 5.6.2 微观组织演变
• 5.7 高温时效处理后磁性能下降的机理分析
• 5.8 小结
• 第6章 吸铸法制备Y（Fe,Co）B 合金的结构与磁性能调控
• 6.1 本章引论
• 6.2 合金的结构及磁性能表征
• 6.2.1 合金的制备与物相
• 6.2.2 合金的微观结构
• 6.2.3 合金的磁性能
• 6.3 对合金中纳米级层状结构的调控
• 6.4 对合金力学、电学、磁学性能的调控
• 6.4.1 力学性能、电性能的变化规律
• 6.4.2 制备工艺对磁性能的影响
• 6.4.3 合金化对磁性能的影响
• 6.5 纳米级层状结构的形成及控制机理
• 6.6 小结
• 第7章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果