TbCu7型Sm-Co基高温永磁合金的结构与磁性能研究

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在动力装置和航空航天等领域对永磁体的要求越来越高,永磁体需要工作在150300℃的高温环境下,甚至是更高的400℃乃至550℃的高温。TbCu7型SmCo7合金具有大各向异性场,高居里温度和低矫顽力温度系数等优点,在高温永磁合金方面日益受到人们的重视。因此,本论文分别通过熔体快淬和放电等离子烧结技术制备了TbCu7型SmCo7合金薄带和磁体,研究了元素添加和烧结工艺对SmCo7高温永磁合金的微观结构、永磁性能、高温性能及热稳定的影响。首先,利用Hf元素取代Co元素稳定SmCo7亚稳相,制备了不同取代量的SmCo7-xHfx(x=0.1,0.15,0.2,0.3)合金薄带以及对比样品,优化合金成分。结果显示,不同Hf取代量的SmCo7-xHfx合金薄带在40 m/s转速下可获得稳定的TbCu7型SmCo7相。随着Hf取代量增加,晶格常数a和c增大,c/a比值为0.820.83。晶粒由长轴晶变为等轴晶,平均尺寸由3.00μm减小到1.41μm。SmCo6.8Hf0.2合金薄带具有最佳磁性能,矫顽力为1084 kA/m,剩磁为0.55 T,饱和磁化强度由未添加时的0.76 T下降到了0.51 T,初始磁化过程受到抑制。薄带在高低温循环工作环境中性能稳定,在400℃温度下矫顽力有264 kA/m,剩磁为0.42 T,剩磁温度系数(27400℃)为-0.066%/℃,矫顽力温度系数达到-0.20%/℃。其次,在SmCo6.8Hf0.2合金中通过B元素复合添加得到SmCo6.8Hf0.2Bx(x=0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5)合金薄带,获得了高矫顽力和低温度系数SmCo6.8Hf0.2B0.4合金薄带。随着B元素添加量增加,在添加量为0.4时有HfB2相出现,形成的HfB2相成为钉扎相,矫顽力机制由形核机制转变为钉扎机制。B元素添加对SmCo6.8Hf0.2合金薄带有细化晶粒作用。矫顽力先增加后减少,SmCo6.8Hf0.2B0.4合金薄带有最优磁性能:矫顽力为1630 kA/m,剩磁为0.52 T,剩磁比为0.78。矫顽力温度系数(27400℃)为-0.15%/℃。在500℃高温时矫顽力高达497 kA/m。随着退火温度(400900℃)增加,磁性能先上升后下降,在600℃退火处理后有最优值:矫顽力为1721 kA/m,剩磁为0.54 T,剩磁比先上升后下降,晶粒间交换耦合作用减弱。在700℃以上温度退火后,磁性能下降,矫顽力机制从钉扎机制转变为形核机制;900℃退火后矫顽力只有275 kA/m。最后,利用SmCo6.8Hf0.2B0.4合金的薄带粉末和非晶粉末制备了SPS磁体,研究了放电等离子烧结对磁体磁性能和微观结构的影响。SmCo6.8Hf0.2B0.4合金薄带粉末制备的磁体,在不同烧结温度下都形成了TbCu7型SmCo7结构。在烧结温度为650℃时有最优性能:矫顽力为1291 kA/m,剩磁为0.5 T。随着烧结温度的增加,晶粒长大,磁性能及剩磁比下降明显。薄带粉末制备的磁体元素分布均匀。SmCo6.8Hf0.2B0.4合金铸锭经过40 h球磨后得到非晶粉末,利用放电等离子烧结制得SPS磁体。磁体由Co相、CoO相、SmO相及HfB2相组成。烧结温度升高对磁性能没有影响,剩磁为0.93 T。非晶粉末球磨时间较长,粉末粒度细小,与薄带粉末相比容易氧化。
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