稀土RE-Co-Cu(RE=Sm,Ce)合金的相平衡及磁性能研究

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自发现SmCo永磁材料后,通过合成、掺杂等多种方法对其磁性能进行了许多研究。目前,含Cu的SmCo基永磁材料由于具有高的内禀矫顽力、高温度稳定性和良好的耐腐蚀性等优点成为研究的热点。为了综合利用稀土金属资源,添加稀土金属Ce的Sm-Co永磁材料受到了广泛关注。为理清稀土Ce在Sm-Co永磁材料中的存在形式以及对其微观组织结构的影响,需要(Sm-Ce)-Co基合金的相组成、相平衡及相稳定性等基础信息。本文采用实验测定和相图热力学计算研究了Sm-Co-Cu、Ce-Co-Cu三元体系的相平衡、相转变和凝固行为以及部分Sm-Co-Cu合金快淬薄带的磁性能。主要内容如下:(1)采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)测定了Sm-Co-Cu三元体系相平衡。实验确定了10种二元化合物相,分别为SmCo2、SmCo3、Sm2Co7、Sm5Co19、SmCo5、Sm2Co17、SmCu2、SmCu4、SmCu5和SmCu6相。未发现三元金属间化合物。用EDS和点阵参数法测定了二元金属间化合物中第三元素的溶解度。根据实验结果和文献报道的信息,采用相图计算(CALPHAD)方法,热力学优化计算了Sm-Co-Cu三元体系相平衡,获得了合理的Sm-Co-Cu三元体系热力学参数。计算的等温截面和垂直截面与实验结果相一致。采用Scheil凝固模型,计算模拟了部分Sm-Co-Cu合金的凝固路径,计算模拟结果与实验凝固组织相吻合。(2)采用X-射线衍射(XRD)和扫描电镜能谱仪(SEM-EDS)测定了Ce-Co-Cu三元体系的相平衡。实验确定了10种二元化合物相,分别为Ce Co2、Ce Co3、Ce2Co7、Ce5Co19、Ce Co5、Ce2Co17、Ce Cu2、Ce Cu4、Ce Cu5和Ce Cu6相。未发现三元金属间化合物。根据实测结果和文献报道信息,采用CALPHAD方法,热力学优化计算了Ce-Cu二元体系和Ce-Co-Cu三元体系相平衡,得到了合理的Ce-Cu二元体系和Ce-Co-Cu三元体系热力学参数。计算结果与实验结果吻合较好。(3)通过实验研究了Sm12Co88-xCux(x=0,2,4,6,8,10)铸态合金和快淬薄带的相组成、相结构和磁性能。采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对合金和快淬薄带的相组成、相结构和显微组织进行了表征。随后通过相图热力学计算解释了合金中的相组成。用振动样品磁强计(VSM)测定了Sm12Co88-xCux快淬薄带的磁性能。结果表明,随着Cu含量的增加,薄带的矫顽力(Hcj)不断增加,而剩磁(Br)则先增大后减小。对于Cu含量x≤2的快淬薄带,通过973 K热处理能改善薄带中1:7相的结晶度以及内部组织结构,从而使得薄带的磁性能得到改善。而对于Cu含量x≥2的快淬薄带,经过1123K和673K热处理后,薄带的磁性能得到显著的改善。
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