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亚稳相SmCo7型合金由于具有高的居里温度和高的磁各向异性,是高温稀土永磁合金材料的研究热点。本文对单一金属元素添加对亚稳相SmCo7的相稳定性和相分解特征进行了系统的理论计算和实验研究,在此基础上,研究了复合添加金属元素对SmCo7相稳定性和磁性能的影响。 制备得到了系列粗晶和纳米晶的SmCo7-xHfx(x=0-0.35)合金,发现Hf促进粗晶组织中TbCu7型SmCo7(1∶7H)相的形成,而纳米晶SmCo7-xHfx合金在Hf含量较低时即可得到纯净的1∶7H相,在Hf含量较高(x>0.25)时发生相分解得到Sm2Co17(R)相和SmCo5(H)相。对纳米晶SmCo7-xHfx(x=0-0.25)合金进行了系列退火实验,发现当Hf添加量在0.05当量以上,700℃退火热处理30min依然为单相,而二元SmCo7发生相分解,850℃退火热处理30min,只有Hf添加量为0.25时依然为单相,表明适量Hf元素的添加可以进一步提高亚稳相1∶7H的高温相稳定性,对选定的SmCo6.85Hf0.15不同退火温度下透射电子显微分析发现Hf有效抑制1∶7H相晶粒的长大。对纳米晶SmCo7-xHfx(x=0-0.25)合金的室温和高温磁性能的研究表明,Hf元素有利于合金矫顽力的提高,其机理为矫顽力钉扎机制。 为了从原子尺度揭示Hf对SmCo7稳定性和磁性能的影响,建立了Hf添加的第一性原理计算模型。对Hf在不同占位情况下的形成能进行了计算,发现Hf占据2e晶位时,1∶7H型亚稳相的结构最为稳定;当Hf占据3g晶位时,可引起1∶7H相向2∶17R的分解转变;态密度图分析表明,元素Hf降低合金磁化强度的原因是在微结构中改变Sm原子的上/下自旋状态从而引起系统净磁矩的减小。 在研究获得的Hf添加x=0.15的最佳成分点的基础上,进行了优先占据2e晶位元素的Zr的掺杂研究。发现Zr添加量达到0.2时纳米晶组织发生相分解。选用优先占据3g晶位的Cu进行掺杂,当添加量在0.5时,纳米晶组织仍然保持为单相1∶7H,Cu含量进一步提高有利于合金铸锭中1∶7H相的形成,但易造成纳米晶组织中晶粒发生异常长大。采用磁性元素Fe和Ni进行掺杂时,当添加量在0.5时均制备得到了单相的1∶7H,发现Ni元素进一步提升了合金的矫顽力,而Fe有利于提升合金的居里温度。