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继上世纪七十年代,2:17型SmCo永磁材料问世以来,由于其具有较高的磁性能和居里温度、较强的抗氧化性和耐腐蚀性,较好的温度稳定性,可以满足一些特殊环境条件下的应用,所以一直备受人们关注,取得了很大的发展。但是,到目前为止,工业生产的2:17型SmCo磁体磁能积不到理论磁能积的二分之一,新制备工艺的研发成为提高磁体磁性能的重要课题。
本文系统研究了2:17型SmCo合金的HD工艺及其吸氢机理。主要包括以下三个部分:SmCo合金吸氢行为的研究;SmCo合金吸氢机理的研究;HD工艺制备2:17型SmCo磁体的研究。本论文系统研究了HD工艺制备2:17型SmCo磁体,创新性的提出了双合金工艺+HD工艺制备2:17型SmCo烧结磁体的方法,并成功的制备出具有高性能的磁体。主要研究结论如下:
(1)通过对Srri(Co0.65Fe0.25Cu0.08Zr0.02)z(z=5.0~12)合金室温、1.0MPa氢气压力及加热条件下的吸氢行为研究表明:Sm(Co0.65Fe025Cu0.08Zr0.02)z(z=5.0~7.4)合金的吸氢量随时间延长而增加,2小时后合金吸氢破碎,20小时后吸氢达到饱和。随着钐含量的增加,合金与氢反应的初始速率变大,合金饱和吸氢量增大,z=5.0,6.1,7.4的合金饱和吸氢量分别为:0.75wt%、0.51wt%、0.30wt%。随着钐含量的增加,合金与氢气反应更加剧烈,氢破后的粉末也更加细小均匀;而z=9.3、12的合金在本实验条件下不发生吸氢反应。1atm初始氢压,加热条件下T-P-A实验表明,随着钐含量的增加,合金的开始吸氢温度逐步降低;吸氢峰所对应的温度也降低;开始吸氢到吸氢饱和的温度范围变宽。
(2)通过对Sm(Co0.65Fe0.25Cu0.08Zr0.02)z(z=5,0~12)合金相组成、微结构进行系统分析表明:z=5.0、6.1的合金都由1:3相、2:7相、1:5相组成:z=7.4的合金由1:5相和2:17相组成;z=:9,3、12的合金都由2:17相和Fe-Co相组成。通过图解外推法对z=5.0、6.1、12的合金氢破前后的晶格常数、晶胞体积变化进行计算,结果显示:氢破碎后衍射峰向小角度方向偏移,晶面间距不同程度的增大,品格常数变化很大。2:7相、2:17相吸氢后沿a轴与c轴都膨胀,而1:3相、1:5相吸氢后沿a轴膨胀而c轴收缩。2:7相吸氢前后晶胞体积变化量△v%最大,可达到6.6951,具有很强的吸氢能力。分析认为z=5.0、6.1的合金可能是富钐相(1:3相、2:7相)先吸氢,各相吸氢的晶格畸变增加了基体相与析出相间的应力场,品格畸变所产生的内应力达到合金断裂强度后,合金就发生沿晶断裂,从而加快合金吸氢粉化的速度。z=7.4的合金中1:5相、2:17相吸氢产生的晶格畸变也增加了两相间的共格畸变与应力场,从而使合金易于发生穿晶断裂。z=5.0、6.1的合金中含有易吸氢(△V%最大)的2:7相,增大了晶格畸变所产生的内应力,致使该组合金更易于吸氢破碎,且破碎后的粉末颗粒更加细小均匀。合金中不同相吸氢后的晶格畸变所产生的内应力成为加速合金粉化的根本原因。而z=9.3、12的合金中几乎都是2:17相,还有少量的Fe-Co相,而Fe-Co合金相在本实验条件下无吸氢反应,所以这两种合金未发生吸氢破碎的现象。
(3)通过对成分为Sm(Co0.65F0.25Cu0.08Zr0.02)8.2的合金进行液相添加实验证明:随着液相合金的添加,烧结磁体剩磁Br逐渐减小;矫顽力Hcj和磁能积BHmax都先增加后减小。液相量在1%时各项磁性能达到最佳。
我们研究了氢压、时间等参数对Sm(Co0.65Fe025Cu0.08Zri0.02)7.4合金的HD工艺的影响,并探讨了制粉工艺对磁性能的影响,研究结果表明:室温,1.0MPa氢压进行氢破处理的效果更佳。采用HD工艺制备的磁体方形度都优于传统工艺制备的磁体;当粉末颗粒尺寸相当时,HD工艺制备的磁体较传统工艺制备的磁体磁性能有所提高。
我们研究液相添加工艺+HD工艺制备2:17型烧结磁体证实:成分为Sm(Co0.65Fe0.25Cu0.08Zr0,02)8.2的合金适用HD工艺制备烧结磁体;经HD工艺制备的磁体各项性能达到了较高水平,并且HD工艺制备的磁体在保证较高的剩磁Br(11.29KGs)同时具有高的矫顽力(26.36KOe)。该工艺有利于液相更好的溶入主合金之中,优化主相成分;且细小均匀分布的液相可以更好的起到液相烧结作用,降低了烧结温度,提高了磁体的密度。本研究也表明HD工艺可以在2:17型SmCo烧结永磁材料工业化生产中推广使用。