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《北京工业大学》 2018年
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稀土钴基热变形纳米晶永磁的塑性变形过程及织构形成机理研究

马强  
【摘要】:近年来航空航天、电动汽车等高新技术领域的发展对高温永磁材料提出了更高的要求。稀土-钴基纳米晶磁体具有高矫顽力、高居里温度及高单轴磁各向异性等特点,成为最具有应用潜力的高温磁体之一。利用热变形工艺使稀土-钴基纳米晶磁体形成织构,获得各向异性磁体,对于稀土-钴基纳米晶磁体的应用具有重要意义。但是目前对于不同稀土-钴体系的织构形成过程、影响因素以及作用机制等还不清楚,这制约了关于磁体性能优化的进一步研究。本论文从成分、相组成、微结构、热力耦合条件等几个方面系统开展了对稀土-钴基热变形纳米晶永磁体的制备与性能研究,针对上述问题进行了深入探讨,获得的主要成果如下。成功的制备了SmCo_5、Sm_2Co_7、Sm_2Co_(17)纳米晶热变形磁体,获得了较强的晶体织构和磁各向异性。SmCo_5热压磁体的矫顽力高达36.11kOe,其剩磁比达到0.828;而在变形量为70%的热变形磁体中,矫顽力进一步提高至38.01 kOe。在Sm_2Co_7热变形磁体中,当变形量为70%时获得了50.6kOe的高矫顽力;而变形量90%的Sm_2Co_7磁体相对热压磁体织构强度增加了7.6倍,最大磁能积达到8.21MGOe。对于Sm_2Co_(17)热变形磁体,Sm_2Co_(17)菱方相(R)的出现阻碍了Sm_2Co_(17)六方相(H)织构的形成,使其磁性能无法得到提升。此外,确定了热变形温度对Sm-Co基磁体织构形成的关键控制作用。系统研究了相组成、微结构等因素对SmCo_5热变形纳米晶永磁体织构与性能的影响。通过调控Sm的含量获得不同相组成的热变形磁体,当Sm含量较少时,热压磁体中出现Sm_2Co_(17)六方相,热变形过程中Sm_2Co_(17)六方相转变为菱方相,从而影响了SmCo_5相织构的形成;Sm含量较多时,热压磁体中出现Sm_2Co_7相,SmCo_5与Sm_2Co_7在热变形过程中分别形成织构且相互竞争,且Sm_2Co_7相更容易形成织构,因而随着Sm_2Co_7相的增加,SmCo_5相的织构逐渐减弱;当Sm含量适当时,热变形磁体为SmCo_5纯相时,获得了最强的晶体织构和磁各向异性。而对于晶粒尺寸来说,细晶磁体相对于粗晶磁体更容易获得较好的织构,且矫顽力比后者提高4.48倍,剩磁比提高1.37倍。通过不同滑移系的Schmind因子及重位点阵晶界系统研究了上述因素影响织构的机制。当(10-10)-12-10与(1-101)11-20两个滑移系同时开启时,微观晶粒的织构与Schmind因子相符合,形成自洽关系,对织构的形成有贡献。此外,发现27.796°/[0001]等类型的扭转Σ13a晶界的赋存频率与SmCo_5磁体的织构具有对应关系;在细晶磁体中重位点阵晶界Σ13a赋存频率远高于粗晶磁体,这说明细晶样品细晶样品在变形过程中晶粒转动被激活的更充分,更容易获得较好的织构。最后利用小回线、磁回复曲线、亨克曲线等方法研究了SmCo_5热变形磁体的磁硬化机制。Sm含量变化导致的两相结构使得钉扎作用减弱,导致矫顽力降低,细晶磁体相对于粗晶磁体在反磁化过程的不可逆部分和磁化过程的可逆部分都显示出更高的脱钉扎场,因而矫顽力更高。此外,利用磁光克尔显微镜观察了SmCo_5热变形磁体磁畴演变,发现粗晶磁体中较差的织构会带来较多更容易反磁化的条形畴,这是导致矫顽力降低的主要原因。而对于细晶样品来说,磁畴为交换耦合畴,当织构较好时,磁各向异性明显,磁畴转动更加一致。本研究开发了高性能纳米晶Sm-Co系列各向异性热变形磁体,揭示了相关因素对织构形成的影响规律,形成了分析纳米晶热变形磁体织构的一套方法。这对于深入理解纳米晶Sm-Co永磁体的热变形过程及织构形成机理提供了重要参考,为开发更高性能的高温稀土永磁体奠定了基础。
【学位授予单位】:北京工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TB383.1;TG132.2

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