（材料学专业论文）高温稀土永磁Sm（CoFeCuZr）ltzgt的制备及性能.pdf

西南科技大学硕士研究生攀位论文熬i 贾 摘要 稀土永磁s m ( c o ，f e ，g u ，z r ) ：在态遗基磁孝芎料鞭域其骞誉越饕戗载搀爆， 在国防和举工领域的应用前潦广阔。为了制器辙高使用湿度达划5 0 0 的稀 土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) 。，本论文采用粉朱冶金工藏制蠡烧缝 s m ( c o ，c u ，z r ) 。磁体，岱助担接电镜、x 射线勰射彼、电予能谱仪、德光 显强镜、磁蛙艇溅试等瑷我分瓣手段，牙震了大羹瓣实验磷究葶羹瑾谂分援。 酶巍了耪侮粒瘦辩浇臻s m e o 。：f e ”。c u ”z r 。) ，；磁俸豹獭链能及皴蕊 组媛籍檎瀚影嫡。绪莱袭嘲；当台金粉体韵带瀚粒发为4 。6 0 m ，烧结温度 为1 2 l s 对，裁备韵磁体鹊教密度较商、磁梭髓最佳。 秘巍了烧缝工艺条孛# 对浇绪s 琢( e o 。f e 。e u 。z h 。) 。磁体的磁性能及徽 冀鳃织缭擒靛影瞧。续果淡骥：( i ) 在1 1 8 0 1 2 0 0 蕊嚣悫真赛鞭烧3 0 璜i n ， 夔着颓巍激发耱鬟寒，磁钵髓气孔逐瓣藏少，致密度逐瀵增燕，燕较足寸逡渐 降低，潮磁最、内褒矫顽力魑；及最大磁能双嘏鲫。；鄂遂灏挺嶷。罐怒麴羲烧 温度为1 2 0 0 。( 2 ) 在1 2 0 5 1 2 2 5 范围内绒气保护烧缝4 5 瞅i n ，当烧结遗 度从1 2 0 5 增加至1 2 1 5 耐，磁体的气孔逐濒减少，密度逐渐增加，器璎磁 性能逐渐增力珏。当烧络湿度从1 2 1 5 口c 增加至1 2 2 5 时，密度增加较小；最粒 足寸凄大，燕器疆多，雩| 熬题；洚龌l 同瓣交予s 曩簿发，s 瓣会爨簿低，善致 各顼磁栋髓下降。理想静疵络温凄为王2 1 5 。( 3 ) 在1 1 6 5 1 2 0 5 范孺内固 溶巯瑾6 i n ，当固溶温波从n 6 5 增加至1 1 8 5 时，2 ：1 7 h 栩和c o 。z r 相 豹蠲潜液逐渐增翔，磁往能滋渐掇高；当词溶漱艘瓴1 1 8 5 增加鬣1 2 0 5 时， 磁体蹬瓣f e e o 糖，各项磁饿能都显著下降。趣愆的露溶温度为1 1 8 5 。 磅巍了& 含囊对烧结s 趣( g o ；f e ；e 毪。z 氏。，。 曲u n 挂 式巾aa = 兰h e 拉帮e = 兰女二旦址，盎a 、 c 分剐魁a 轴与c 轴的 牲蹦7e 2 ：i7 惠辫锈聚虞。只蠢当矗氇矗 r2 ：”( j ，为畴壁畿密度) ，而艏者则 认为1 ：5 相对畴壁是吸引的，r2 “7 y “5 ，矫顽力分别为： 节l “一v 烈， 甄2 镑 1 5 ) v 一v i ：s 凰2 镣 卜6 ) 式中腻为饱和磁化强度，万“”为2 ：1 7 相的畴壁厚度。从式( 1 5 ) 、( 1 6 ) 可以羲出，无论l ：5 楣对畴壁是排斥还是吸弓l ，矫粳力鄹疫芷眈予两裰的畴 壁能密度差西，( 西r o ) 。煎这两个模鼙都存在明霞的简限往，即没有反 映微观结构参数等对矫颓力的影响。 l ( 8 t t e 鲢等”“”提出抟二维模型则认为l ：5 相不是睢的钉芤中心。因为 稀土永磁s m ( e o ，f e ，c u ，z r ) ；的畴壁的最终形状和位疆取决于静磁能和畴壁能 的最小化，为了降低静磁能积啤壁能，畴壁应该是片状嶷平行予。轴熬，并 星在反磁化过程的起始阶段，畴壁将穿过2 ：i 7 稻、l ：5 相和片状栩。所以存 在两种不同的钉扎，即以1 ：5 相为中心的钉扎，钉扎强度取决子4r ；( 2 ：1 7 西南科技太学硕士研究生攀位论文旃1 1 页 相与l ：5 嘏的嚷壁能密度越) 鄹以l ：5 攘与片状捆交界处为中，磐靛钌藐，钶 我强度取决予矗r ：( 1 ：5 槽与片炊樱豹畴壁黢密魔差) ，并虽攒据计冀续果 ( 羹y ；。2 氇j 璜2 ，dy 严l 。1 4 穆j 臻2 摇窭麓港强予蘸者。嚣鼗，l ：程与 片获稆的交界处才是最强的钉扎中心，决定了矫顽力麓变识。 s k o m s k i 驴”认为采用自由能极小原理讨论磁体w 能存在的钉扎方式时， 只考虑静磁能和畴疆能的影响足不够的，还必须考虑到畴壁弯曲引起的能量 变豫，荠搬出阻l ：5 相与片状稠交界处为中心的钌托的形成机会缎小。因此， 片鼗翅砖辫蹶穷没窍壹接嚣皴，铤藐中心掇炎l ：5 樱，矫矮力慰；舞： 爆：盟( 卜7 ) ”2 蕊型。垂 其中妒_ 拳 l 办分剐戈腿壁穗熬锩靛势数帮摩度。 r o 雌cb 等。7 1 根据皂妇髓辍，l 、原理，采期兰壤徽磁学有羧元模鍪深入讨 论了稀永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ，鲍矮矮力祝销。程考虑鑫出链墁髓姣楚全蘩， 爨菇磁菇锫寓舅往缝、交捩簸、袋鼗绥憝积赛爨筵，惫鲢了磁礴靛能籁表藤 器向异性佟疆的影响。霹对。缎定箍媳尺寸分张较为均匀。蓄先根操式 下降躺爨多。嚣憩 涯囊瓣2 ：l ? 稳；鼙l ：5 辕懿薅整裁蜜霾懿影确“霹竣霭藜l 一8 裘示。 h 坤e 善a t u 譬e a 撵撵銎钉耗b ) 蔽g l 激钉扎 藩 一8 溢瘦瓣2 ： 7 捂程 ：5 援的瓣嫠雅密度瓣黟髓 f 葚。 一8 l n f l 骓毒n 嚣eo ft e # p e r 纛t 鞋f 雹o 冉d 1 尊撼鑫l 摊器茬 le 霸e r 鬈y 牯f 2 ：7p h 建s e8 n d ：5p h 鑫嚣e 从圈1 8 可见，当常温时的畴壁钉扎为排席溅，温度小于嚣，( 摊尽型钶 箍开始转变为吸辱l 型钉扎的激度) 时，随着溆攫的挺毒4r ( y “tf “”) 淫联簿 凌；当澄度瘫予纛，鼗 斥鳖钌藐转交蔻骥弓l 墼钌兹螽，基扩( r 2 “7 一 r 。5 ) 随赣温度静挺离两逐渐增加，掰疆矫磁力先降低后增撕。港常淤时鹃 酶壁钉扎为暇弓i 墅时，随鬻濑度的提高dr ( y2 ：”一r “5 ) 逐渐增加，矫颁 力逐渐增黼。迸一步静研究“鄙袭嘲当温度高予不“5 时，可戳将1 ：5 相者作非 磁牲裙，潞瞧看佟肇畴粒子，矫霰力蠢形核桃制决定，帮正院予粥“”，随滠 菠静舞离( 最“隧溢废酶舞糍羁下海 焉簿诋。瓣蘸，秃论常瀑辩蕊睫壁钶 藐筵辩嚣熬还燕蔽孳| 鍪，鄂霹娃获褥赣蕈溪豹瓣矮力滏菠系数。 k r o 翔u l l e r 等“”1 投撰翻壶姥极小原理，考虑了湿疫对2 ：1 7 耀帮l ：s 拥的剩余磁化强度、磁懿惫向异性卷数蜃及交换鬻数爿熟影螭，假定； 五“”( r ) = f j q = & 球鞋一r ，嚣啦) ”， a 1 n ( r ) = u ( 1 一r ，式挪) 2 一 ( 1 一1 1 ) 西南科技丈学硕士研究生学位论文第1 4 页 猁得捌高温矫黼力横擞为： 瓦；攀热 i 2 以 1 1 + 钦qj 式孛 、l 务澍表拳澈度秀篁对较磁性、硬磁往褶对鞍强豹相，蹋5 及秽都 为常数，s 。= 爿朋“，f 产。，p 。= 。在温度为3 0 0 以前，理论傻与 实验结果较灸一致。当湛凌藩予3 螽，骥逡餐与实验嬉紧存在较大蓑辫。 可见，斌( 1 1 1 ) 的假定在温度高予3 0 0 厢并不魑十分合理。 羁蕊，瀑壤薄2 ： ? 耱窝l ：鑫耪媳点、煎、建懿影羲匏耧关疆巍较多，不 能确定、州、彳随淑度的变化规律，而邀魑磁学参数随漱度的嬲化是影响 鸯湛矫矮力熬关键医豢。 。4 。3 矮颟蠹的影睦霞絮 成分和工艺是影响稀土永磁s m ( c o ，f e ，e u ，z r ) ；的矫顽力的主凝因素。采 用粉末冶金法制备烧继s m ( c o ，f e ，e u ，z r ) ：磁体，烧结、固溶、时效等工艺对 矫霰力影确强烈“”。必了获得商矫顽力，不同戒分的磁体要求不同韵工艺 条l 牛，这可以通过实验探索确定。但是稀土水磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ；必五党合 金，嚣张元素及元素之闻懿裙互 睾霸黠磁蒋躺皴躐端稳、褥沈镄、穗孛鹣元 索含量及各相的磁学参数的影响程威是不同的”1 。因此成分对矫顽力的影 麓菲豢霆杂。 ，毒，3 。 s 蒜对矮矮夯熟影璃 l i ujf 等坤蝴伟4 备了s m ( c o h 州f e o 2 d c u 。们z r 。q 。) ：( 辑= 7 0 、8 5 、9 1 ) 磁f 奉， | 究了融含爨对辨被力戆影睫。缝采表明：s 臻含爨较低静磁体，其晶黪尺 寸较大，矫顽力瑶。较高，但随着温魔的增加，馒，迅速下降；s m 含量高的磁 体，其器魅尺寸较小，攫；较低，但糕整瀑度的增加，躁：下降缓馒。这说明磁 体在鬻漱和高潞对驹矫顽力梳稍不问。温度对矫顽力祝稍帮一定影响。畴壁 钌扎强度随着温度的增加而燃低。细忧胞状缀织，骞利于获缛连续、均匀抟 赫壁钌筏，降低滠瘦对矫顽力静影稍程度。提高s m 含量可璐降低晶穗尺寸， 得到细小、均匀的晶粒，降低矫顽力温度系数。h a d j i p a n a y i sgc 等“”的研 究逛表骥，提离s 羁含爨，虽然寓遗瓣颓力较低，毽对跌曼嚣洚蕞矫顽力溢麋 撩数。此外，根据相豳“”可知，s m 古量影响备相的比率。1 ：5 相的数量随着 涵鑫爨鲢拜骶瓶减多。l ：5 糖是畴壁静钌羲中心，蓑数量懿攘多，将导致噻 讴南科技大学硕士研究生学位论文第1 5 页 壁钶魏强度下洚，矫磁力降低。掰戳为了获得嵩矫颓力，s m 含量不靛过低。 因匙，铡各毫瀑耩土隶磁s 聚( e o ，f e ，e u ，z ) 。对，适当鹣s m 含塞霹以获得 较麓的常淤矮颁力和较低的绥顽力瀑度系数，鸯利予提寒态湛矮顽力。 1 。4 。3 。2f e 对矫颁力的影响 t a n gw 等晴”制备了s m ( c o b 。l f e ；c u 。z r 。0 2 ) ，。( x = o o 3 0 ) 磁体，研究了f e 含羹对娇顽力的影响。结果表明：在o 0 2 0 范围内时，矫顽力随着f e 含量 的增加而增加，这主要是因为晶胞尺寸在逐渐增加；当x 高于0 2 0 后，矫顽 力随f e 含麓的增加急剧下降，这主要是因为磁体的c u 含量较高，畴疆钉扎 属予暖弓i 型( 西r = r ”r ”3 ) ，五2 “7 和。7 都随f e 含量的增加而降低，使 主桶豹踌鼙能密度 ，。”下降，因此西r 降低，矫顽力降低；矫顽力温度系数 涟蓑f e 含薰静灌黧显著增貊，这是主要楚茵为s 胁( e o ，f e ) 。，主箱韵屠疆温度 曩“随f e 含量瓣增鸯譬雨降 毳。大量研究蹲“”遣表明，降低f e 含鬣有翻予获 褥爨毒赵好裹激磁特性熬磁体。爨此，虽然含量适当哥潋获褥离翡常溢矫 顽力，但是划餐毫温稳永磁s 攘( c o ，f e ，u ，z r ) 。时，盛该降低f e 含量。 1 。4 3 3c u 对矫颁力的影响 c u 进入s m ( c o ，c u ) 。胞壁相中部分取代c o ，其食量对l ：5 相的数摄影响 强烈。同时，由于c u 属于非磁性物质，所以彤”5 和6 都随着c u 含避的增 加而降低。提高c u 含蹙，则1 ：5 相的数量增加，有利于提高矫顽力，并且当 c u 禽量达到一定程度时，r “5 随着c u 含羹的增加而晁著下降，使4rfj ，“”一 r “8 ) 增加，矫顽力增加。 e u 含量对高温矫顽力梳稍存在一定影晌。一方面，彤“5 、5 随c u 含量的 蹭翻孺下降，当e u 含量迭餮一定程度对l ：5 栩不褥是磁褴褶8 “；蜀”5 、5 隧瀑度鹃提高瑟下降，当滠凌离予嚣”5 时l ：5 稳遣不再是磁性褶，诧辩矫颈 力出形核掇制决定“。男一方霆，出予瓦“6 随e u 含鬟懿增熬焉下降，掰菹畴 蹙钌拽枫制完全转变炎形核搬剑的湿度盛睫c u 禽量靛璞加覆降低。因此，离 湿娇顽力隧篱c u 含量的增加蕊呈现复杂躯变化趋势。 l i ujf 等阻”制备了s m ( c o f e 。j e u ，z r 3 。) ( x = o 0 6 8 o 。1 2 8 ) 磁体， 研究了c u 含量对矫顽力的影响。结果表明：当c u 含量较高时，c u 含量对矫 颁力温度系数的影响较小，较高c u 含量的磁体的常温矫顾力较高，所以其高 温矫顽力也较高。t a n gw 等“”制备了s m ( c o 。f e 。c u ，z r o o 。) 。( x = 0 0 6 8 o 1 2 8 ，z = 7 o 8 5 ) 磁体，研究结果表明：当c u 含煮较低时，可以获得非单 西南科技大学硕士研究生学位论文第16 页 调的矫顽力温度系数，矫顽力随温度的升高先降低后增加，然后再降低。 结合c u 含量对矫顽力机制的影响，可以做如下讨论： ( 1 ) 当c u 含量较低，常温时的畴壁钉扎为排斥型时，由于存在排斥型钉 向吸引型钉扎转变的过程以及当温度高于兀“5 后l ：5 相不再是磁性相的现 象，因而可以获得非单调的矫顽力温度系数，但总体矫顽力水平较低。 ( 2 ) 当c u 含量较高，常温时的畴壁钉扎为吸引型时，在温度低于无。 时，4r 和矫顽力随温度的增加而增加，当温度高于五“5 后，1 ：5 相不再是 磁性相，矫顽力由形核机制控制，随温度的提高而下降，即获得非单调的矫 顽力温度系数，总体矫顽力水平较高。 ( 3 ) c u 含量很高，可以将l ：5 相看作非磁性相，晶胞看作单畴粒子时， 矫顽力由形核机制控制，随温度的提高单调下降，总体矫顽力水平很高。 因此，制备高温稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ：时，为了获得高的常温矫顽 力，应提高c u 含量。 1 4 3 4z r 对矫顽力的影响 z r 形成t h 。n i 。，型片状结构，具有提高胞状组织的稳定性、一致性和为 c u 原子的扩散提高通道等作用”“”“。但到目前为止，人们对z r 的作用的 研究仍然尚浅，尤其是在对矫顽力的贡献上存在分歧“。“。 t a n gw 等”制各了s m ( c o f e 。c u 。z r ，) 。( x = o o 0 8 ) 磁体，研究了 z r 含量对矫顽力的影响。结果表明：在x = o 0 2 0 0 6 范围内时，常温矫顽 力和高温矫顽力都较高。这主要是因为适当的z r 含量有利于形成分布均匀的 1 ：5 胞壁相，既可以提高常温矫顽力，也可以降低矫顽力温度系数，提高高 温矫顽力。 综上所述，采用粉末冶金工艺制备高温稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ：时， 成分的设计原则应为低f e 、高c u 、适量s m 和z r ，工艺上则应尽量保证能获 得晶粒尺寸细小且分布均匀的微观结构。 1 5 论文选题及课题来源 1 5 1论文选题 稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ：在高温领域有着不可代替的地位，在国防和 军工领域有着明确的应用背景。但在高温稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ：的研制 上，国内外差距较大。目前，美国宾夕法尼亚洲电子能公司( e 1 e c t r o ne n e r g y 西南科技大学磊页士研究生学位论文第17 页 c o r p o r a t i o n ) 制备韵稀土水磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) 。的最高使用温度已经拓展 到了5 5 0 。但国内关于离潺稀永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ；的研究起步较晚， 成采较少。潮内企业仍然以传统酌稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) 。为主要产品， 磁体的最高使用温度仅为3 5 0 左农。因此，高温稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ： 豹磷究意义蘩大，王蝗前景广阔。 高温稀土永磁s m ( c o ，f o ，c u ，z r ) ；的使用温度o t 定义“”为： ” 0 r = 显r 一二二立二臭坚( 1 1 3 ) 月。i 式孛r l 鸯室滋，越；髑壁一分裘菇室滠秘霞耀漫瘦下豹蠹豢矫矮力，筘受瓣 o t 温度范围内的内浆矫顽力温度系数。为了满足威用要求，在最高使用漱度 ( o t ) 。下，鬣”，的最小馕遥鬻取为3 9 8 + o k a 屈。樱攒( 1 一1 3 ) 可知，提裹( 0 罩) 。； 主要商两个谂径，即提高腻。和降低卢值。但稀土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) 。的 壁t 达到2 3 8 8 k a m 及声达至4 0 。l 后，要进一步提裹攫；或降低口值，在 制备工艺上存在着很多的技术障碍。当腻。和芦分别在7 9 6 2 3 8 8 k a m 和 一0 3 一0 1 范围内变化时，根据式( 1 一1 3 ) 计算可褥( o t ) 。睫联；和芦 的交他曲线如圈卜9 所示。 覆罅0 ， 5 o 曲承器 o 3 0 b ( 一w ) 图l 一9( o t ) 。隧髓；j f n 芦的变化益线 f ig 卜9e u r v e so f ( o t ) v a r i n gw i t h 拭。a n d 一 飙蘑卜9 可觅，降低眈提高绣，更熊有效迪提高( o t ) 一，笼其是当越。 大于1 5 9 2 o k a m 以后，继续提高成。对( 0 t ) 的影响不大。( o t ) 在为 一0 2 一0 1 0 魏盈雨露豹交佬率篦在一o 。3 0 一0 2 0 范潮肉露犬。 因此将舟控制在一o 2 0 一0 1 0 e 范围内，使屁大于1 5 9 2 o k a m ，是提高 ( 0 t ) 熬毒效途径，蠢望裁簧出最麓毽弱瀵凄裹予5 g g 秘磁钵。 西南科技大学硕士研究熬学位论文笫18 页 本课题结合西南应用磁学研究所及我校欺备的实验条件，采用粉末冶金 法制餐黼滠稀士永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ：，力求使其最高使用激发达到5 0 0 ， 劳海箕王簸稔豹实瑶提镶一定菝囊，主要 嚣究蠹容蠡下： ( 1 ) 成分设计。 ( 2 ) 粉体粒度对磁体的磁性能及微观组织结构的影响。 ( 3 ) 烧结工艺对磁体的磁性能及微观组织结构的影响。 ( 4 ) f e 含量对磁体的磁性能及高温磁特性的影响。 1 5 。2 课题来源 本课题来源于徐光亮教授负责的四川省杰出青年基金项翻( 项目编号： 0 2 z q 0 2 6 0 4 7 ) 及四川省威用基础研究项目( 项目编号：0 5 j y 0 2 9 一0 7 2 ) 。 。6 谍题熬特色及剖毅点 零课题的特色及创新点如下： ( 1 ) 讨论了高温稀土永磁s m ( c o ，f e 。c u ，z r ) ；的成分设计原则，即f e 、高 c u 、适擞s m 和z r ，并根据该原则及高温磁体的性能要求，设计了新的配方， 在保证磁体具有高内禀矫颇力的同时，尽量降低内禀矫顽力濑魔系数，提高 磁侮静豢蹇镬爱湿度。 ( 2 ) 研究了工艺条襻辩新配方豹性能疑徽观组织结构熟影糖，对高温稀 土永磁s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) ；的制备特点有了一怒了解，为该磁体的工业化提供 了一定依据。 ( 3 ) 最佳配方的高温糯士永磁s m ( c o ，f e ，e u ，z r ) 。经最佳工激制各成的磁 体的磁谯鼹优良，温度稳怒健良好，内寨矫矮力湿度系数必一o 。1 6 ，最 蔫佼露滋凄这弱5 3 3 ，狻遮函努隽逶拳乎，农墓内薤予镶先容乎。 一一一亘堕塾垫查兰塑圭堡塞生兰焦遥窒 整! ! 堕 - _ _ _ _ _ 。_ - _ _ ”“+ h _ 。_ 。“。_ 一。一 一 2实验方法 2 1制备工艺 实验采麓粉末冶金法稍备烧结s m ( e o ，f e ，e u ，z r ) ：磁体，其工茳瀛程如图 2 一l 所示。主鼹工艺步骤“”如下： i r 一r 1 r ”l 广_真空颓浇 冷等静嚣威嫠 1 磁场取淘卜一 l 。+ _ 一l _ jo 。”一 l f 丙爵鬲翮丁丽磊1 r 磊忑1 r 吾i o 叫瓶气保护烧结 叫固潞处理 叶时效处理卜叫试样一j l-_-_*_一 翻2 1 粉末冶袅法制备烧结s m o ，f e 。e u z r ) t 的工艺流獠图 f ；g 2 一l p r o c e s sf i o wo fp r e p a r ；n gs m ( c o f e g “z r ) zs i n t e r e dm a g n e t s h t ，幸h n n v 自n t o n a lo o 臀d e rm e t 毫ll u r 鬟y 猕e t h o d 2 。 蘩拳薅 实验原料为工业用金属s m 、c o 、f e 、c u 、z r ，其纯度大于9 9 5 矿 。根 据裹滋糕泰疆s 璜( c o ，f e ，e h ，z r ) ；熬残分投诗愿剿；低f e 、裹e h 、适爨s 撰 和z r ，确定实验用磁体的化学式为s m ( c o 。l f e ，c u “z r 。) ( x = o 0 9 0 2 1 ) ， 其成分懿表2 一l 所示。 袭2 一t 磁体的成分( | r 麟) t a bi e2 1 o o m p o n e n t so ft h em a g n e t s ( 一嘏) 0 0 9 2 5 0 25 7 3 66 2 7 7 。9 33 + 4 2 o 1 5 2 5 0 8 5 3 0 7l o 4 87 9 5 3 4 2 o 2 l 2 5 1 44 8 。7 6 1 4 7 07 9 73 4 3 嚣鸯瓣菠六拳矮毒骚窕囊擎稼论文繁孙茭 2 。1 2 爝炼 熔炼sj i l ( c o ，f e ，c u ，z r ) ；合盒时要求成分撒确。由于s m 较满泼。容易飘 姥，熔炼嚣耨盎真察下进行。可疆真空感应炉壤粪空逛瓤炉熔炼e 凝撼每次 蘩蘸勰台会鼙，s 臻、& 、o 、c u 、瑟垒震碍一次全帮装天，落霹凳黪、o 、 e 柱、毅熔炼嚣嚣藤天s m 。装瓣后宠籀真赛至1 3 3 。3 l o l o “p 8 。运舞蘑簧 求酌冀窝虚后，开始送电，巍厢小功率舔热，髓便谈霖材料鼹辫鹳承徐或其 它气体摊滁。预热一定时黼嚣，兖久3 9 。3 一瀚3 2 l 2 p a 酌僦气。接着遴 行大葫帮熔纯。熔融蜃镶黔定黠蠲。浇铸激发般不超过熔燃的2 0 0 。 s 瓠o ，f e ，娃，瑟；宫衾麓熔惑在i 2 2 0 臻辩菠嚣交。薅貔瓣懿禽金矮寒 冷簧攘浇铸，镀金垒滚迅速凝爨，竣簿委灏攒造藏大覆襄戆成分不均匀。 2 1 3 剁粉 制粉的目的是将大块姻铸锭破碎成一定尺寸的粉体，制粉能措髓破碎和 癌羚两个遵程。大块撵品皴骅袋糟寒辩困毙畿磷辍增大，熟稳怒惶下薅，容 爨襞馥。艇驻骧箨蓬纛串趣寄奔震最护，玟黼止戴魏。鹱莽露辑藤煞奔震霉 滚楚汽浊，帮苯，葛漉醚或箕窀有瓤滚锌或璃糕气体。酸脊惹灏糕瓣岽遥2 g 3 0 醋筛予，然后再迸一步研瓣。密粉的方法脊i 振动球磨、滚瀚球詹、气流 磨。濂渤与滚动球磨都是辨j 鞘振动或滚韵的端悔( 螽辘承钢球) 糍黔束体磁奄 褥搜合畿粉采遥一步鞠纯。搬动球瘗般仅燕攘赘，嚣滚动球麟除了攮壹终， 透毒滚麓，鼹鋈登矮始熬会众糕，会囊羚曼簿澎壤禳黎襞。最始怒气流蠢， 逶会懿餐鸯产。气滚纛莛豢禽途气流馥援裁下，蒙糖寒与容器魂髓发生滚凄 式攘遣掰避一步缨讫，其效率离，颗粒璺球状，袭藤光滂篮缺陷少。 察验激用滚动球磨法制粉，将熔炼鼯的铸锭粗破礤，过2 0 嗣筛予得到 一定尺w t 的粉末体。再糨粉米装入不锈钢球艘罐进行滚动球摩。为了防止粉 末熬氧纯，采罔汽漓 窜力球黪分矮。 2 + 。磁场壤两号成毽 s i i i ( g o ，f e 。c u ，z r ) ；台愈耩乎六角晶系，鼹谢黻貉各向辩饿，o 轴楚荔磁 仡辘，拽辅是难磁化辅。对于单晶俸，当磁祀沿翁磁纯辅辩褥戮最大裁磁 置。硝。藩磁纯鸯量磁能轴成一夹凳口辩，鲻嚣f = 斑醚磊孬，霹凳筘越夸， 蘩麓霆赣越大+ 霹予蜜诲多鼙鑫髂鬟寒鬟藏豹然维磁葵，魏暴旋簿令餐寒 羲糠瓣荔磁毪寿鑫舔漆糖溺麴方辩联鑫，嚣潞该方褰蘸爨磁撬遮戮豢大毽。 实践诬髑粉束冶金法测的烧缝s 瓣( e o ，f e ，e u ，船) 。磁豁靛粼磁为： 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 1 页 耳= 一( 卜) d 风m 丽 ( 2 一1 ) 式中爿为正向畴的体积分数，为非磁学相的体积分数，口为相对密度。c o s 口 是取向因子，其定义为：在零磁场时粉末颗粒磁化强度( 即易磁化方向) 与 取向轴( 或取向场) 的夹角口的余弦的平均值c o s 口，c o s 口可通过磁学测量求 得，其值可在o 5 1 0 之间变化。 粉末的压型方式有五种：平行钢模压、垂直钢模压、橡皮模压、平行钢 模压+ 等静压、垂直钢模压+ 等静压。垂直模压比平行模压粉末的取向效果好。 采用垂直钢模压+ 等静压比单独模压的取向效果更好。 为了获得较高的取向因子，实验采用垂直钢模压+ 等静压成型。将制得的 粉体在空气中进行适当的干燥后便可进行磁场取向与成型。外加磁场的方向 与压力方向垂直，取向磁场大于1 2 0 0 a m ，压力约为3 0 5 0 m p a 。采用冷等静 压对毛坯进一步压制的压力约为1 5 0 2 0 0 m p a 。 2 1 5 烧结和时效处理 s m ( c o ，f e ，c u ，z r ) 。合金的烧结包括真空预烧、氩气保护烧结和固溶处理， 各个阶段的目的和作用各不相同。时效处理可以采用多级时效或两级时效。 烧结和时效处理可以统称为热处理，其工艺过程如图2 2 所示。热处理对磁 体的微观结构和磁性能影响强烈，应该严格控制其工艺条件。 p 倒 明 氩气保 时间( h ) 图2 2s m ( c o f e c u z r ) ：合金的热处理过程 f ig 2 2p r o c e s so fh e a tt r e a t m e n to fs m ( c o f e c u z r ) ：a ll o y s 褥南科技天学硕士研究生学 敷论文第2 2 页 2 。2 实验设备 实验所用的主要设备如表2 2 所示。 表2 2 实验新用主要设备 t 龋b i e2 2i n s t r u m e n t 8ine x o e ri m e n t 2 3 分析平段及方法 2 3 粉体粒度及形貔分析 粉体粒威的干法测试委托北京安泰科技有限公司进行，测试仪器为 h 1 4 5 l r o d o s 粒度测试仪。粉体的雒观形貌采用l e o s 4 4 0 型扫描电予显微 镜麓测。 2 3 。2 密度的测量 试样的密度采用摊水法测鬣，密度豳公式( 2 2 ) 求得： d = l( 2 2 ) 一魄 式中d 为试样的密度( g c m 3 ) ，嘶为试样在空气中得重量( g ) ，耽为试样浸 渍质在空气中的重量( g ) ，耽为试样浸渍后在水中的熏量( g ) 。 2 3 3 磁性能的测量 永磁材料的主要磁性瞧有：粼磁墨、内禀娇顽力攫，、蠼大磁能积f z i 砂。；。 要浏量出这篓磁性参数，登须绘镧出试样的退磁瀚线。实验采弼h z 一3 5 6 西鬻科技大学硕士矫究生学位论文第2 3 页 型默；孛充磁极对试样进行饱和充磁，著农n i m l o o h 溅大块撩永磁无擐检 测系统上测量试样室温时的屏、腻。、僻彬。 离湿孵的鼓、绣；、伪缈一的测量较难。国内从事麓温永磁性能的 i 鲢! | 试单 位主要有中国科学院物瑗所、中国计量研究院磁性测爨室及北京钢铁研究总 院功能材料研究所。试梯的高灏永磁性能委托北京钢铁研究总院功能材料研 究所进行，测试仪器兔改进的n i m 一2 0 型永磁褥往灏鬣仅，在原有的 n ih i 一2 0 0 0 h 型测量仪上配蔑了加热设备，最高测试温度可达5 0 0 。 试襻豹磁逶豢采焉b g ￥一2 8 登多翡麓永磁测嚣仅溺藿。 2 。3 4 避微维织与结梭分耩 取不同的试样按照尺寸为由1 0 1 0m m 进彳予线切割。试样依次经过4 0 0 “、 6 8 氧证键耐寒砂纸臻爨，8 0 0 4 、l 0 0 9 4 、1 5 4 、2 0 4 金樱砂纸缨瘗嚣， 进行机械抛光，然后侵蚀。侵蚀液为3 5 m 1 硝酸+ 1 0 0 m 1 酒耩，侵馓时间为 o 5 1 0 撼i n 。试样侵蚀慝的表聪立即躅浮糖反复清洗以去除载化物。试样的 佥相分析采用o l m p u s b x 一5 1 型偏光显徽镜，元素定量分析采用e d a x 9 l o o 6 0 型电子能谱仪，栩组成采用d m 8 x i i r b 型x 射线衍射仪分析。 姐南科技大学硕士研究生学位论文第2 4 页 3 粉体粒度对磁体的磁性能及显微组织的影响 3 1写f 畜 粉体粒度是影响烧结的重要因素。烧结的目的是把颗粒系统烧结成为致 密的烧结体，是向低能态过渡。烧结前颗粒系统具有的表蕊能越赢，则烧结 活性越强，能态过渡越容易；颗敉系统具有的表面能越低，则烧结活性越差， 能态过渡越难。烧结怒热力学不可逆过程，自由能降低就是过程进行的驱动 力“。颡粒系统的本征驱动力“”为： 尽= 蚝v 吒& ( 3 一1 ) 式孛￥。，( j 瑶2 ) 为蠢一气表覆煞，戳( g 蕊0 1 ) 为晶体材料的摩尔质量，s 。( e m 。g ) 为粉体的毖表鼹积。粉俸粒魔越糨，鲥魄表蟊禚越小，本经表藩镌驱韵力就 越小：粉体粒发越缨，则比表露积越大，本征表瑟戆驱动力裁越大。掰戳实 际烧结中较细的粉体容易烧结，梗应戆烧结湿度较低。 采用滚动球磨法制备食金粉体，磨粉效率与球料比有关。球料比大拜重， 效率高；球料比小时，效率低。为了使粉体达到一定尺寸，一定的球料比对 应一定的球磨时间，球磨时间可以通过实验米确定。球磨介质可用甲苯或汽 油等有机液体。尽管球磨是在保护介质中进行的，但随着粉体颁粒的进一步 细化，粉体的比表面积急蒯地增加，处于表面状态的原子数也大大增加。处 于表面的原子能量高，较为活泼，极易与氧反应或相互吸附团聚，不利于制 备商性能的磁体。 3 2 实验 实验选用合金孵化学斌必s 臻( c o 。f 8 。；e u 。z r 。) ，。会金粉钵懿球黪时 阅为5 l l h 。试样的真空颓烧漫度为1 2 0 0 ，时闻为3 铀i n ；氯气保护烧结 温度为1 2 0 5 1 2 2 5 ，时间为4 5 m i n ；固溶滠度为l1 8 5 ，时间为6 嘶i n 。 试样的烧结实验设计如表3 一l 所示。试样的时效处理工艺为：8 l o 保温l o h ， 然后以0 7 m i n 的降温速度降温至4 0 0 ，随厢自然冷却至室温。 对球磨时间分别为5 、7 、9 、1 l h 的合金粉体取样( 样品采用真空封装以 防止氧化) ，进行粒度及外观形貌分析。将烧结试样按照尺寸为巾1 0 l om m 线切割戚圆柱休样品，取样进行密度及磁性能测量、相组成及金相结构分析。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 5 页 表3 1 试样的烧结 t a b i e3 一lt h es i n t e r l n go fm 8 9 n e t s 3 。3 结果墨讨论 3 3 1球磨时间对粉体粒度的影响 球蘑时间为5 l l h 静合会耪体豹粒发d 。、d 袖、d 蛐、d 及眈表面积s ，如 表3 2 所示。球磨时间对合金粉体的平均粒度d 及比表面积s ，的影响如图3 一l 掰示。 寮3 2 金金耪髂戆粒度挎、0 一d 聍、及毙表甏凝s ， t a b i e3 2p a r t ic l es iz ed t o 、d 5 。、d 们、da n d $ p o c i f i c $ ur f a c es 口o fa il o yp o w d e r s 西豢戮技大学磺职突黛学位论文第2 8 蒺 图3 1球磨时间对合金粉体的平均粒度d 及比表面积s 。的影响 f 拦，3 1 i f l u e n c eo fb a ll m jiii n gt i m eo nm e 毒np 8 r t i c i es iz eda h d s p e c l f i cs u r f 8 e es po f 嚣ll o y p o 坩d e r s 绩套表3 2 鞠圈3 一l 可见，随鬻球磨时闽的增加，粉钵的平均粒度d 逐 渐降低，比表面积s 。逐渐增加，p 和s 。在球藏时间为l l h 时分潮获得最小僮 3 9 9pm 和最大值1 7 4 9 3 c m 2 g 。溺球磨达到9 h 后继续增加球磨时间，粉体 装平均粒度戆变纯揠疫都在降羝，说碉磅黪效率在下辫。 滚渤球磨法制粉是利用球磨罐中滚动的钢球对金属颗粒的冲击和磨削而 将金属颗粒磨细，其实质是将外界的机械能转化为粉体的表面能”“。球磨提 供懿枫械麓蘧离，翔耪傣麓容爨纲纯，转往巍戆表嚣憨氇越裹。涟羞球薅薅 间的增加，粉体的粒度逐渐降低，处于颗粒袭面的原子的能爨逐渐增加，即 颞粒系统的表西能逐濒增加。表面原予的能艇增加必然导致颗粒间的吸附作 用力增强，阻礴颗粒的避步细纯。所敷当耪体绥诧翻一定程度时，球黪效 率会降低。另外，钢球的比重大，撞击力强，有利于粗粒的破碎，但球与球、 球与罐体、球与携辩之阕都基本属予点接触，摩擦瑟小，非常不裁予嚣翘戆 细破碎。因此，滚动球磨法制粉的效率前高循低，球磨时间不寂过长。 3 。3 。2 球蘑时润对粉体彩貔的影璃 图3 2 为球磨5 l l h 的合金粉体的扫描电镜照片。从圈3 2 可见，随着 球磨时间的增加，粉体的救度逐渐降低，分布也更为均匀；大颗粒逐渐减少， ，l 、鬏粒逐澈壤多，颗粒形状交褥曼为复杂，颗粒表瑟不秀是平簸静解理蠢， 而呈现出高低不平的尖凸溅凹陷。颗粒在研磨过程中受到外施机械力的撞击、 辗压、磐切等，使原来比较完整的菇格结构受到不同程度豹破坏，因此颗粒 形状魄较复杂，颗粒俸内甚至可能出现裂纹、位镶等。相对予鹾：常格点上离 粒协：耋甜挑 ( 曩4 一o 嚣素甏搜天学矮士磷究生学佼论文繁2 7 贾 予熊位最低、最稳定，球磨对颗粒的破坏提高了颗粒系统的缺陷能，增加了 粉髂瓣活毪，畜利于辫 氐烧缝灏度。 b ) t = 7 h c ) t = e hd ) t = 1 1 h 图3 2 宙金粉体的扫描电镜照片 f 喙3 2s 酬l 黼g e s 甜a l l o yp o 蜊e r s 颗粒形状为球形域椭球形有利于提高磁体的磁性能“，但上述四种粉体 鹣鬏羧形获缀不蔑粼。送一步蜷蕊薄磐辩闻骞弱予降强籍侮豹粒瘦，改善粉 体的颗粒形状，但必然会因颗粒系统能量的增加耐导致金属元素( 尤其是s m ) 的氧化程度增强”“，最终仍然滩以获碍磁性能优良的磁体。 3 3 3 球磨时间对磁体的磁性能的影晌 不同粒蒗的粉体的烧结湿发不固，降低粉锩靛度毒利予降抵烧绻滠度。 为了得到综龠磁性能优良的磁体，有必黉寻求粉体粒度与烧结温度的最佳组 合。球磨时间为5 1 l h 的合愈粉体烧结成磁体厝的密度朝磁性能如表3 3 囊豢。 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 8 页 表3 3 烧结试样的密度和磁性能 t a b ie3 3d e n s i t is ea n dm a g n e t i cp r o p e r t ie so f6 in t e r e dm a g n e t s 试样d ( g c m 3 )屏( t ) 成；( k a m ) 陋砂。( k j m 3 ) l #8 1 30 8 l1 6 3 1 81 1 7 8 2 #8 1 50 8 21 6 9 5 51 2 2 6 3 # 8 1 9o 8 41 7 9 1 o1 3 0 5 4 #8 2 20 8 72 0 3 7 8 1 4 4 1 5 #8 1 9o 8 31 7 7 5 1 1 3 6 1 6 并8 2 2 0 8 51 8 2 2 81 4 1 7 7 #8 2 4o 9 21 9 9 0 0 1 5 6 8 8 #8 2 6 o 9 22 0 9 3 51 5 7 6 9 #8 2 50 8 61 9 1 8 41 4 7 3 1 0 抖8 2 80 9 l2 0 3 7 81 5 2 o 1 l # 8 3 2 0 9 4 2 2 7 6 61 7 1 9 1 2 #8 3 40 9 42 2 1 2 9 1 6 8 0 1 3 抖8 2 7 o 8 92 0 0 5 91 5 3 6 1 4 # 8 3 00 9 32 1 2 5 31 5 6 8 1 5 #8 3 30 9 52 1 4 9 2 1 6 4 8 1 6 #8 3 40 9 32 0 6 9 6 1 5 7 6 1 7 # 8 2 9o 9 42 1 3 3 31 6 4 ，8 1 8 #8 3 2o 9 42 1 9 7 o 1 6 7 2 1 9 抖8 3 4 o 9 02 0 7 7 61 4 7 3 2 0 #8 3 4o 8 82 0 2 9 81 4 4 1 烧结试样的密度随着合金粉体的球磨时间和烧结温度的变化曲线如图 3 3 所示。从图3 3 可见，粉体的球磨时间与烧结温度共同影响烧结试样的 密度。 随着合金粉体的球磨时间的增加，烧结试样的密度逐渐增加，在球磨时 间为1 1 h 时获得最大值。在5 9 h 范围内时，烧结试样的密度都随着合金粉 体的球磨时间的增加而显著增加；当烧结温度达到1 2 1 5 后，继续增加球磨 时间至1 1 h ，烧结试样的密度增加较小。随着烧结温度的增加，试样的密度 逐渐增加，在烧结温度为1 2 2 5 时获得最大值。在1 2 0 5 1 2 1 5 范围内时， 西南科技大学硕士研究生学位论文第2 9 页 烧结温度对试样的密度影响较为强烈。但当烧结温度达到1 2 1 5 后，继续提 高烧结温度，试样的密度增加较小，尤其是当合金粉体的球磨时间达到9 h 后，密度难以进一步增加。 图3 3 烧结试样的密度随着合金粉体的球磨时间和烧结温度的变化曲线 f i g 3 3c u r v e so fd e n s i t ie so fs in t er e dm a g n e t sv a r in gw i t hb a i l m i l i in g t i m ea n ds in t e r in gt e m p er a t u r eo fa ii o yp o w d e r s 结合金粉体的球磨时间和烧结温度对烧结试样的密度的影响可以看出， 当烧结温度达到1 2 1 5 、合金粉体的球磨时间达到9 h 后，烧结试样的密度 可以获得较高值，其值介于8 3 2 8 3 4 9 c m 3 范围内。 烧结试样的剩磁日和内禀矫顽力麒，随着合金粉体的球磨时间和烧结温 度的变化曲线分别如图3 4 和3 5 所示。从图3 4 和3 5 可见，烧结试样的 屏和成，同样受到合金粉体的球磨时间与烧结温度的共同影响。 从图3 4 可见，在1 2 0 5 1 2 2 5 烧结温度范围内，对于球磨时间为5 h 的合金粉体，烧结试样的最对烧结温度比较敏感，即烧结温度对试样的屏 影响较为强烈；烧结试样的屏随着烧结温度的提高逐渐增加，在烧结温度为 1 2 2 5 时获得最大值0 9 4 t 。增加合金粉体的球磨时间至7 h ，当烧结温度从 1 2 0 5 提高至1 2 1 5 时，烧结试样的最增加较为显著，从0 8 2 t 增加至o 9 1 t ， 但继续提高烧结温度至1 2 2 5 时，烧结试样的屏增加较小，仅从0 9 1 t 增加 至0 9 4 t 。继续增加合金粉体的球磨时间，烧结试样的屏随着烧结温度的提 高出现峰值，并且峰值出现的温度随着球磨时间的增加在降低：对于球磨时 间为9 、1 1 h 的合金粉体，烧结试样的最随着烧结温度的提高先增加后降低， 依次在烧结温度为1 2 2 0 和1 2 1 5 时获得峰值，分别为0 9 5 t 和o 9 4 t 。 西南科技大学硕士研究生学位论文第3 0 页 图3 4 烧结试样的层随着合金粉体的球磨时间和烧结温度的变化曲线 f i g 3 4 c u r v e s o fbo fs in t e r e dm a g n e t sv a r in gw i t hb a | i m ii in gt i m e a n ds in t e rn gt e m p e r a t u r eo fa il o yp o w d e r s 1 2 0 51 2 1 口1 引51 2 田1 2 2 5 1 2 0 5 2 1 0惶1 5 2 2 01 2 2 5 t ( )( ) 图3 5 烧结试样的越随着合金粉体的球磨时间和烧结温度的变化曲线 f i g 3 5 c u r v e so f 总o fs in t e r e dm a g n e t sv a r in gw ；t hb a i i m | | ln gt i m e a n ds in t e ri n gt e m p e r a t u r eo fa ll o yp o w d e r s 从图3 5 可见，对于球磨时间为5 、7 h 的合金粉体，随着烧结温度的提 高，攫l 逐渐增加，在烧结温度为1 2 2 5 时获得最大值，分别为2 1 3 3 3 、 2 1 9 7 o k a m ；对于球磨时间为9 、l l h 的合金粉体，随着烧结温度的提高，碰， 西南科技