SmCo/Fe(Co)纳米复合永磁材料的组织结构与磁性能

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Sm-Co基纳米复合永磁材料因其高达100 MGOe的理论磁能积、高的居里温度和较低的稀土用量,是潜在的新一代高性能永磁材料,在航空航天、高速列车、风力发电和新能源汽车等领域有广阔的应用前景。在纳米复合永磁材料中,高的软磁相含量(≥20%)是达到高磁能积的必要条件。然而,当软磁相含量较高时(≥20%),现有方法制备的Sm-Co基纳米复合永磁材料的矫顽力较低,限制了其实际应用。基于此,本论文以SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体为研究对象,研究热变形温度、Sm68Ni32及Sm76Zn24低熔点共晶合金掺杂对磁体组织结构和磁性能的影响规律,为高性能纳米复合永磁材料的制备提供理论依据和实验支撑。研究了热变形温度对SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体组织结构与磁性能的影响规律。研究结果表明:当热变形温度从600℃升高到1000℃时,磁体的矫顽力从1.5 k Oe提升到5.0 k Oe;磁体的饱和磁化强度先增加后降低,在700℃达到峰值;磁体的剩余磁化强度呈“先升高,后降低,再升高”的趋势。随着热变形温度从600℃升高到1000℃,磁体中Sm2Co17硬磁相的含量不断增加,Fe Co软磁相的含量不断减少,而且在800-1000℃时,磁体中出现了Fe0.28Co0.72相。Sm2Co17硬磁相含量的增加是磁体矫顽力不断提升的主要原因。明确了Sm68Ni32合金掺杂对SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体组织结构与磁性能的影响规律。在SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体中分别掺杂2.5 wt.%、5.0 wt.%、7.5wt.%和10.0 wt.%的Sm68Ni32低熔点共晶合金(其中Ni为铁磁性元素),可以提高SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体的矫顽力,且当掺杂量为7.5 wt.%时,磁体的矫顽力达到最大值(7.3 k Oe)。未掺杂Sm68Ni32合金时,磁体的相组成为Sm2Co17相和Fe Co相;掺杂Sm68Ni32合金之后,磁体的相组成为Sm2Co17相、SmCo5相和Fe Co相。Sm68Ni32合金的掺杂,稳定了磁晶各向异性较强的SmCo5相,从而提高了磁体的矫顽力。揭示了Sm76Zn24合金掺杂对SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体组织结构与磁性能的影响规律。在SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体中分别掺杂2.5 wt.%、5.0 wt.%、7.5wt.%和10.0 wt.%的Sm76Zn24低熔点共晶合金(其中Zn为抗磁性元素),也可以提高SmCo/Fe(Co)纳米复合磁体的矫顽力,且当Sm76Zn24合金掺杂量为7.5wt.%时,磁体的矫顽力达到最大值(8.3 k Oe)。未掺杂Sm76Zn24合金时,磁体的相组成为Sm2Co17相和Fe Co相;随着Sm76Zn24合金掺杂量的增加,复合磁体中硬磁相的主相依次为Sm2Co17相、SmCo5相、SmCo3相。磁体中强磁晶各向异性的SmCo5相含量的增加是矫顽力提高的主要原因。相对于Sm68Ni32合金的掺杂,由于抗磁性元素Zn的作用,Sm76Zn24合金掺杂更有利于提高复合的矫顽力。
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