高铁含量2:17型SmCo合金的组织演变与氢破技术研究

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2∶17型SmCo合金磁体因具有高矫顽力、高居里温度和优异的温度稳定性而在高温领域有着广泛应用。随着器件的小型化、轻质化和高效化,对2∶17型SmCo磁体磁能积要求越来越高。提高2∶17型SmCo合金磁体的铁含量,不仅是提高磁性能的基本途径,也是降低成本的重要方法。然而,铁含量的增加使磁体相演变复杂化,影响了磁体矫顽力的提高,制约了高性能2∶17型SmCo磁体的发展和应用。本论文选取高铁含量2∶17型SmCo合金作为研究对象,在组织结构调控方面,通过对热处理过程中组织演变分析,调控Sm含量优化组织结构,揭示组织结构对矫顽力的影响机制;在制备工艺方面,通过对吸氢机理的认识和氢破工艺参数的优化,成功将氢破工艺引入到高铁含量2∶17型SmCo合金磁体制备中,最终获得高性能2∶17型SmCo合金磁体。主要研究内容及结果如下:  研究了高铁含量2∶17型SmCo合金的固溶组织演变。随铁含量的增加,固溶态组织从单一1∶7相逐渐转变为2∶17R相并伴随着富Zr相的沉淀。分析表明,由于Fe原子倾向于占据哑铃对位置(2e),抑制Zr占据哑铃对位置,降低Zr在1∶7相中固溶度,并导致1∶7相转变为2∶17R相和富Zr相的沉淀。在此基础上,适当降低Sm含量减少固溶时Sm对Sm位置(1a)的占据几率,提高Zr在Sm位置(1a)的占据几率,提高Zr在1∶7相中固溶度,最终稳定1∶7相和实现固溶组织结构优化。进一步分析不同Sm含量磁体时效组织的演变规律,着重阐述部分有序2∶17R相和Z相的演变过程。有序度较高的2∶17R相经时效后形成的Z相较少,孪晶较多,因此消除固溶体中有序度较高的2∶17R相,有利于形成较均匀的胞状结构和较多的片状Z相,最终提高2∶17型SmCo磁体矫顽力。  研究铁含量对2∶17型SmCo合金吸氢增强机制的作用,并对氢破工艺制备磁体进行分析,实现氢破技术在磁体制备中的应用。铁含量增加显著提高2∶17型SmCo合金的吸氢性能,降低吸氢氢压。分析表明,铁含量增加一方面促进易吸氢相2∶7相增加,另一方面,由于铁具有较大的原子半径和较低的电负性,提高了主相1∶7相的吸氢性能。氢破工艺降低磁体的氧含量,影响磁体的微观组织结构和磁性能。相比传统的机械破碎工艺,氢破工艺提高了Sm的利用率,显著提高制粉效率,降低生产成本。  研究氢破粉中残余氢含量对高铁含量2∶17型SmCo合金磁体密度、组织结构和磁性能的影响。结果表明,残余氢含量越高,磁体中平均晶粒尺寸越大,但残余氢不会恶化致密度且对磁体的氧含量、相组成,胞状结构和片状结构基本无影响;高的残余氢含量增大了平均晶粒尺寸,减少了晶界缺陷,提高了矫顽力和方形度,最终高效制备出剩磁为11.63 kGs,矫顽力为26.37 kOe和磁能积为32.10MGsOe的高性能2∶17型SmCo磁体。
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