包头稀土研究院研究揭示高温固溶处理可以显著改善2:17型SmCo磁体微观结构与磁性能
文摘
科学
2024-07-22 09:00
北京
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7月19日，由包头稀土研究院、内蒙古科技大学研究团队完成的关于2:17型SmCo磁体微观结构与磁性能的研究论文在《Journal of Alloys and Compounds》上在线发表，论文的通讯作者为包头稀土院任少卿博士和Lv Ke。论文指出，通过提高固溶处理温度，可以显著改善2:17型SmCo磁体的微观结构和磁性能。2:17型SmCo磁体因其卓越的磁性能在高温应用领域备受关注，但其磁性能的提升受到微观结构复杂性和制备工艺的限制。现有研究多集中在成分比例和时效处理对细胞结构的控制上，而对固溶前驱体到最终磁体的相变和结构转变研究较少。本研究通过系统分析固溶处理温度对固溶前驱体和最终磁体微观结构的影响，揭示了元素分布对磁体性能的影响。论文提出，通过提高固溶处理温度，促进Cu和Fe元素的扩散，加速2:17R相的有序化，从而形成细胞结构，这一创新思路为2:17型SmCo磁体的制备提供了新的方向。 研究团队采用常规粉末冶金法制备合金，目标成分为Sm(Co0.64Fe0.26Cu0.07Zr0.03)7.65。首先将原材料粉碎至300微米以下，然后在2000-2500 rpm的转速下，使用汽油介质进行球磨。随后，使用气流磨进行细磨，得到4.5微米的粉末。粉末在2 T的磁场中成型，然后在高纯氩环境下的真空烧结炉中进行烧结。固溶前驱体在1200°C下烧结1小时，接着在1155°C、1170°C和1185°C下分别进行3小时的固溶处理。随后，前驱体在830°C下保温12小时，400°C下保温6小时，最终冷却至室温，形成最终磁体。实验结果显示，随着固溶处理温度的升高，磁体的剩磁（SF）和最大磁能积（(BH)max）均呈现增加趋势。在1185°C固溶处理后，固溶前驱体的SF为74.9%，最终磁体的SF为87.2%。磁体的Hcj（内禀矫顽力）和(BH)max分别达到33.49 kOe和29.93 MGOe。低温度固溶处理（1155°C）的前驱体S1中，1:7H基体中存在大量短程有序微区和不规则黑色区域，高分辨透射电子显微镜（HR-TEM）图像显示，这些微区具有不同的排列方向和约3纳米宽的微孪晶。高温固溶处理（1185°C）的前驱体S3中，1:7H基体的相分布更加均匀，黑色斑块明显消失，短程有序微区和微孪晶的尺寸增加到4.5纳米。最终磁体F1和F3的微观结构分析表明，低温固溶处理的F1中形成了相对完整的细胞结构，但存在2:17R'相，而高温固溶处理的F3中，2:17R'相区域不明显，主要存在大量的2:17R相和少量的2:17R孪晶相。此外，1:3R相的特征斑点（011）1:3R和（001）1:3R显示斑点伸长，表明磁体中形成了高密度的1:3R层状相。![]()
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本研究通过系统分析固溶处理温度对2:17型SmCo磁体微观结构的影响，揭示了元素分布对磁体性能的影响。低温固溶前驱体中存在大量短程有序微区和重叠区域，导致时效过程中的有序化程度降低。通过提高固溶处理温度，可以促进2:17R孪晶的形成，提高微区排列的一致性，从而促进Cu和Fe元素在细胞边界的扩散，形成更完整的细胞结构。此外，低温固溶处理导致晶界处形成大量Cu富集的2:17R'相，阻碍了元素的扩散，不利于形成细胞边界相，从而不利于提高Hcj和SF。因此，提高固溶处理温度是改善2:17型SmCo磁体磁性能的有效途径。引用格式：Chen Zhang, Shaoqing Ren, Ke Lv, Mingjing Zhao and Yan Li, Effect of solution temperature on the microstructure of 2:17 type SmCo magnets, Journal of Alloys and Compounds, (2024) doi:https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.175649
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