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R-Co系二元化合物SmCo5、PrCo5具有优异的内禀磁性,因此获得了广泛的关注。关于采用传统的粉末冶金技术制备粗晶SmCo5、PrCo5永磁体的研究已有报道。但是到目前为止,关于全致密纳米晶SmCo5、PrCo5永磁体的报道甚少。与相同成分的传统粗晶磁体相比,纳米晶磁体具有更高的矫顽力,此外还具有更好的耐腐蚀性和力学性能。另一方面,纳米晶磁体在获得磁各向异性方面长期面临着技术上的困难。对此,本文针对全致密各向异性纳米晶SmCo5、PrCo5永磁体的制备及其结构与磁性能表征开展了系统的研究。
应用放电等离子烧结技术(简称SPS技术)快速热压-热变形的方法制备出各向异性纳米晶SmCo5、PrCo5磁体,并对部分磁体进行了退火处理。然后使用X射线衍射技术(XRD)分析了化合物SmCo5、PrCo5的晶体结构。采用透射电子显微镜(TEM)观察了磁体的微观组织结构。采用物理性质测量系统(PPMS)和振动样品磁强计(VSM)测试磁体的各项磁性能参量。
研究了热变形工艺中关键技术参量对SmCo5磁体结构和磁性能的影响。研究表明,热变形过程中不同变形量对样品c轴晶体织构的形成及磁性能影响显著。当变形量达到80%以上时,磁体形成了良好的c轴晶体织构,从而具有强烈的磁各向异性。磁体的矫顽力随变形量的增加呈现先增加后减小的变化规律,当变形量为80%时磁体矫顽力最高达到4000kA/m。通过工艺优化获得制备各向异性纳米晶SmCo5磁体的具体参数:升温速率50℃/min、变形温度940℃、变形量90%。此时磁体最佳磁性能为:Mr=0.84T,Hci=800.05kA/m,(BH)max=138.32kJ/m3。
研究了元素C的添加对各向同性纳米晶PrCo5磁体微结构和磁性能的影响。研究表明,C的添加使得PrCo5磁体的晶格参数产生了变化,但没有提高磁体的矫顽力。此外,研究了热变形工艺中关键技术参量对各向异性纳米晶PrCo5磁体微结构和磁性能的影响。获得优化工艺参数为:升温速率50℃/min、变形温度800℃、变形量80%。此时磁体的最佳磁性能为:Mr=0.85T,Hci=442.7kA/m,(BH)max=111.84 kJ/m3。
研究了热处理工艺对变形量90%的各向异性纳米晶SmCo5、PrCo5磁体的结构和磁性能的影响。其中各向异性纳米晶SmCo5磁体的矫顽力由37.64 kA/m提高到1200kA/m,磁能积由0.8kJ/m3提高到了105.28kJ/m3。各向异性纳米晶PrCo5磁体的矫顽力由70.5 kA/m提高到了494.5 kA/m,磁能积由1.6kJ/m3提高到了91.28 kJ/m3。说明适当的热处理可以显著优化磁体的矫顽力和磁能积。