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7月10日，由宁波材料所、中国科技大学、中国科学院大学研究团队（通讯作者：刘壮研究员、陈仁杰研究员）完成的关于2:17型SmCo磁体的磁性能的研究成果发表于《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》。该研究通过球形WO3粒子掺杂，显著提升2:17型SmCo磁体的磁性能与抗弯强度。
实验过程
首先，通过真空感应熔炼技术制备出名为Sm(CobalFe0.23Cu0.07Zr0.02)7.8的合金锭。随后，这些合金锭被粉碎并经过喷射研磨，得到平均粒径约3.4微米的粉末。接下来，将这些SmCo粉末与不同浓度（0.5 wt.%、1 wt.%和2 wt.%）的球形WO3粉末粒子混合。混合过程在氩气氛围中进行，使用三维混合器混合200分钟以确保均匀混合。混合后的粉末在2.0 T的磁场强度下进行取向，随后通过冷等静压在160 MPa的压力下进一步压实，形成生坯。这些生坯在氩气氛围中经过从1190 °C至1210 °C的烧结过程，持续1.5小时。烧结后的磁体进行固溶退火处理，在1190 °C下处理长达6小时，然后快速冷却至室温。之后，磁体在830°C下进行12小时的等温时效，接着以0.7°C/min的速率缓慢冷却至400°C，并在该温度下保持3小时，最后快速冷却至室温。
实验结果显示，随着WO3掺杂量的增加，从0 wt.%增至2.0 wt.%，磁性能首先提升然后降低。在0.5 wt.%的掺杂量时，矫顽力从32.77 kOe增加到36.01 kOe，剩余磁感应强度从11.16 kGs增加到11.28 kGs。抗弯强度从大约80 MPa一致提升至127 MPa，表现出约59%的显著增加。这一结果表明，即使是少量的非磁性WO3掺杂也能同时改善磁性能和抗弯强度。
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所有磁体中均清晰观察到2:17R、1:5H、1:3R和Sm2O3相。随着WO3掺杂量的增加，Sm2O3相的含量增加，而2:17R相和1:5H相的相对比例则先增加后减少。WO3掺杂导致2:17R单元晶格参数的变化，晶格常数'a'从8.487 Å减小到8.467 Å，晶格常数'c'从12.296 Å增加到12.311 Å，表明2:17R单元晶格由于WO3掺杂而伸长。
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通过XRD和电子背散射衍射(EBSD)分析，发现WO3掺杂显著增强了磁体的磁取向，这有助于提升剩余磁感应强度。![]()
通过SEM和TEM观察到，WO3掺杂导致晶粒尺寸从72.04微米减小到33.41微米，并且促进了Cu元素在1:5H边界相中的聚集，这有助于增强钉扎效应和提高矫顽力。![]()
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使用高角环形暗场透射电子显微镜(HADDF-TEM)和能量色散X射线光谱(EDS)技术对不同WO3掺杂水平的磁体的元素分布进行了分析，发现适当量的W掺杂有助于Cu元素在1:5H边界相中的聚集，从而增强了钉扎效应和矫顽力。![]()
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综上，本研究调查了不同量的WO3掺杂对Sm(CobalFe0.23Cu0.07Zr0.02)7.8磁体的相组成、微观结构、元素分布以及对这些磁体的抗弯强度和磁性能的影响。结果表明，WO3掺杂引起了晶格参数的变化和晶粒尺寸的细化，从而增强了这些磁体的抗弯强度。WO3掺杂量的增加最初导致Sm(CobalFe0.23Cu0.07Zr0.02)7.8磁体的磁性能提升，随后出现下降。在室温下，0.5 wt.% WO3掺杂的磁体展示了最佳的整体性能：抗弯强度从80增加到91 MPa，矫顽力从32.77增加到36.01 kOe，剩余磁感应强度从11.16增加到11.28 kGs。与未掺杂的磁体相比，0.5 wt.% WO3掺杂的磁体在(001)轴向的磁取向增强，从而提高了它们的剩余磁感应强度。同时，WO3掺杂导致更多的Cu元素倾向于在这些磁体中生成额外的1:5H相，导致矫顽力增加。
通讯作者介绍
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附录信息
论文的发表日期：2024年7月10日
发表的期刊名称：Journal of Magnetism and Magnetic Materials
论文标题：Simultaneous enhancement of magnetic properties and flexural strength in 2:17 type SmCo magnets induced by spherical WO3 particles doping
论文作者：Yang Yang, Zhuang Liu, Chaoqun Zhu, Yu Liu, Dongliang Tan, Yaowen Li, Rui Xia, Haichen Wu, Renjie Chen, Aru Yan
论文的DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2024.172346
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