Zr對(duì)耐高溫2-17型SmCo磁體力學(xué)服役特性及磁性能的影響研究.pdf

1、2:17型SmCo稀土永磁材料由于具有較高的居里溫度、優(yōu)異的溫度穩(wěn)定性及耐腐蝕性，成為了微波通信、航天航空、軍事軍工等應(yīng)用領(lǐng)域的首選材料。近年來(lái)，隨著科技裝備的不斷發(fā)展，在極端環(huán)境下的應(yīng)用需求不斷提高，這對(duì)釤鈷磁體的高溫磁性能及服役特性提出了更高的要求。基于釤鈷磁體微結(jié)構(gòu)與磁性能及力學(xué)性能的密切關(guān)系，本論文通過(guò)粉末冶金工藝制備獲得燒結(jié)Sm(CobalFe0.09Cu0.09Zrx)7.68(x=0.020,0.025,0.030,0.0

2、35)磁體，利用Zr元素對(duì)2:17型釤鈷磁體胞狀結(jié)構(gòu)和片狀相的調(diào)控作用，研究了片狀相的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其對(duì)磁體耐高溫特性、力學(xué)性能、熱電特性的影響作用。主要的研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　(1)研究合金成分中Zr含量對(duì)磁體的微觀結(jié)構(gòu)及磁性能變化的影響。微觀組織結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)：隨著Zr含量的增多，片狀相密度增加，胞狀組織結(jié)構(gòu)細(xì)化。片狀相密度從x=0.020為~0.04 nm-1增加至 x=0.030為~0.06 nm-1；胞狀結(jié)構(gòu)尺寸從0.02

3、0為83.88nm細(xì)化至x=0.030為58.16nm。當(dāng)Zr含量大于0.030時(shí)，基體中逐漸沉淀析出更多的Zr6(Co, Fe)23雜相。磁性能表征表明：在室溫~773K時(shí)，隨著Zr含量的增加，退磁曲線的方形度改善，矯頑力先增加后降低，在x=0.030時(shí)達(dá)到最大值，此時(shí)具有較好的磁性能為Br=9.48 kGs, Hcj=30.17 kOe,(BH)m=21.79 MGs；當(dāng)溫度達(dá)到773K時(shí)，隨Zr含量的增加矯頑力單調(diào)增加，這表明Zr

4、具有穩(wěn)定高溫相結(jié)構(gòu)的作用，同時(shí)矯頑力由釘扎機(jī)制逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)樾魏藱C(jī)制。
　　(2)研究了微觀組織結(jié)構(gòu)對(duì)磁體的力學(xué)各向異性及斷裂行為的影響機(jī)理。研究發(fā)現(xiàn)力學(xué)各向異性與片狀結(jié)構(gòu)有關(guān)，而與胞狀結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)及沉淀析出的第二相與磁體整體的力學(xué)強(qiáng)度有關(guān)。通過(guò)SEM觀察斷口形貌均呈現(xiàn)河流、臺(tái)階狀的花樣，表現(xiàn)解理脆性斷裂的特征；進(jìn)一步利用壓痕法分析裂紋擴(kuò)展形貌發(fā)現(xiàn)，裂紋終止或繞開(kāi)氧化物表現(xiàn)較強(qiáng)的力學(xué)強(qiáng)度，而在沉淀析出Zr6(Co, Fe)23相及孔洞處易

5、于形成微裂紋表現(xiàn)較弱的強(qiáng)度。通過(guò)抗彎強(qiáng)度分析表明，磁體的力學(xué)強(qiáng)度表現(xiàn)各向異性，隨Zr含量的增加力學(xué)各向異性趨于各向同性，且在 x≈0.0285處出現(xiàn)各向異性反轉(zhuǎn)；同時(shí)，隨 Zr含量的增加，⊥C軸方向的抗彎強(qiáng)度逐漸增加，說(shuō)明片層之間的作用有助于改善磁體的力學(xué)強(qiáng)度。
　　(3)通過(guò)熱膨脹、熱導(dǎo)率及電阻率的分析，研究了Zr含量對(duì)Sm2Co17磁體熱電特性的影響。結(jié)果表明，在不同的Zr含量下，磁體的熱膨脹均呈現(xiàn)各向異性，且隨Zr含量的增加

6、，熱膨脹各向異性差△L逐漸增大。在同一Zr含量下，隨溫度升高金屬導(dǎo)熱系數(shù)增加使得熱導(dǎo)率增大；在不同的Zr含量下，當(dāng)x＜0.030時(shí)，呈現(xiàn)各向異性；當(dāng)x≥0.030時(shí)，呈現(xiàn)各向同性。在//C軸及⊥C軸方向，電阻率表現(xiàn)各向異性且隨Zr含量的增加而增大。大半徑原子Zr取代Co原子引起晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)畸變(2:17相的a增大，c減少；1:5相的a減少，c增大)，使得原子之間的距離及振幅發(fā)生變化，導(dǎo)致Sm2Co17磁體熱電特性隨Zr含量的變化而變化。