室温磁致冷合金Pr_2Fe_(17-x)Co_x的结构、磁性和磁熵变

在氩气气氛中用熔炼法制备了Pr2Fe17-xCox系列合金,通过粉末X射线衍射和SQUID磁强计研究了样品的结构、磁性和磁熵变.结果表明:Pr2Fe17-xCox系列合金具有菱方Th2Zn17型结构;通过成分微调使其居里温度处在室温附近;Pr2Fe17-xCox系列合金有较大的磁熵变,在低场下的磁熵变是金属Gd的65%～73%,而高场下的磁熵变则为金属Gd的63%～68%;但其成本约为金属Gd的1/10,具有很高的性价比,是一类有很大应用潜力的室温磁致冷材料.

Pr_2Fe_(17-x)Si_x合金的磁热效应

用电弧熔炼法制备了Pr2Fe17-xSix(x=0,0.1,0.15,0.3)系列合金,用粉末X线衍射和磁性测量研究样品的结构、磁性、磁熵变及绝热温变.结果表明:Pr2Fe17-xSix系列合金的晶体结构为Th2Zn17型菱方结构;随着Si含量的增加,居里温度由x=0时的290K提高到x=0.3时的328K;外加磁场为1.5T时,磁熵变由x=0时的2.39J/(kg.K)降低到x=0.3时的1.67J/(kg.K),但绝热温变没有显著变化.

HDDR处理的不同钐含量Sm_2Fe_(17)型合金及氮化物的研究

通过采用电弧炉冶炼、HDDR及氮化的方法,对Sm2Fe17型合金及其氮化物的组织形貌、物相及磁性能进行研究发现,多补偿添加25%钐可使Sm2Fe17型合金退火后的α-Fe含量小于2%。HDDR后的粉末颗粒表面由蜂窝状孔洞、密堆积小颗粒及弥散细小颗粒组成。不同次数HDDR循环处理后的主相均表现为与退火后相同的Sm2Fe17结构及易面磁化。HDDR后α-Fe的含量增加,单胞体积膨胀?V/V<0.35%。氮化后Sm2Fe17晶格膨胀形成Sm2Fe17Nx主相,α-Fe相膨胀小,氮化增加α-Fe含量,多补偿Sm和延长氮化时间对减少α-Fe含量有利。随着氮化时间的延长,粉末中的氮含量增加,而且细粉氮化速度快,其中Sm12.8Fe87.2细粉氮化速度最快。补偿足够的钐可提高磁性能,从提高矫顽力角度看,多添加25%Sm与40%Sm效果相当,但从提高剩磁角度看,多添加钐到40%更好。

低温热处理增强α-Fe／Sm2Fe17Cx纳米复合永磁合金磁性能的机制研究

采用X射线衍射分析、透射电子显微镜、振动样品磁强计研究了经400℃低温热处理前后对Sm5Fe80Cu1Si5B3C2.5Zr3.5非晶合金的非晶微结构、晶化后纳米复合永磁体的组织结构及磁性能的影响规律。结果表明,非晶合金直接于750℃退火后软磁α-Fe相和硬磁Sm2(Fe,Si)17Cx相的尺寸分别为50.6和20.6nm,体积分数分别为71.1%和28.9%;而经400℃热处理后复纳米晶组织结构中α-Fe相和Sm2(Fe,Si)17Cx相的晶粒尺寸分别改变为36.5和24.4nm,体积分数分别为76.7%和23.3%,磁交换耦合作用明显增强。径向分布函数计算表明,低温热处理优化了非晶合金的短程有序范围、配位数和最近邻原子间距等微结构参数,改变了原始态非晶合金中α-Fe相和Sm2(Fe,Si)17Cx相的晶化行为,这是细化α-Fe/Sm2(Fe,Si)17Cx复合纳米晶结构和提高磁耦合性能的根本原因。

Er_2Fe_(17-x)Si_x合金的分子场理论分析

用两格点分子场理论分析了合金Ｅｒ２Ｆｅ１７－ｘＳｉｘ（ｘ＝０，１，２）的饱和磁化强度随温度的变化关系，得到了分子场系数ｎＥＥ、ｎＥＦ、ｎＦＦ，计算了居里温度，给出了分子场强肽ＨＥｒ（Ｔ）、ＨＦｅ（Ｔ）随温度变化的曲线．结果表明，当ｘ增加时，分子场系数 ｎＦＦ明显增大，分子场强度 ＨＦＥ（Ｔ）亦随之增大，而 ＨＥｒ（Ｔ）在较低温区减小，在较高温区增大，并且ｎＦＦ的增大是居里温度提高的主要原因．

用还原扩散法制备Sm_2Fe_(17)合金

主要研究还原扩散法(R/D)制备Sm2Fe17合金的工艺和主要影响因素,并通过XRD和SEM等分析测试手段对还原扩散机理作了理论分析和实验研究,得出了还原扩散法制备Sm2Fe17的最佳工艺条件,实验表明在合理的原料配比条件下,1423K保温6小时后快淬可以制得成分单一的Sm2Fe17合金。

添加不同钐含量的Sm_2Fe_(17)型合金及其氮化物的研究

通过采用粉末冶金法及密封氮化的方法,对添加不同钐含量的Sm2Fe17型合金及其氮化物的组织形貌、物相组成与结构及磁性能进行了研究。结果发现,多补偿添加25%钐可以使Sm2Fe17型合金退火态的-αFe含量小于2%。Sm-Fe合金冶炼后的主相均表现为菱方Th2Zn17型结构,但快冷时优先沿{300}和{220}面长大。氮化后Sm2Fe17晶格膨胀形成Sm2Fe17Nx主相,而-αFe的X射线特征峰未见明显移动。Sm14.2Fe85.8合金晶胞膨胀相对较小,而Sm12.8Fe87.2晶胞膨胀较大,在氮化20h时有最大ΔV/V=8.36%。氮化增加合金中的-αFe含量。Sm14.2Fe85.8Nx的剩磁最高为59.5 Am2/kg,Sm10.5Fe89.5Nx磁化强度最高值为193.6 Am2/kg,Sm12.8Fe87.2Nx合金的所有磁性能值基本分布在Sm14.2Fe85.8Nx和Sm10.5Fe89.5Nx的值之间。

共沉淀法制备Sm_2Fe_(17)合金前驱体的热力学分析

对制备钐铁合金前驱体的Sm(Ⅲ)-Fe(Ⅱ)-NH3.H2O-NH4HCO3-H2O体系进行了热力学分析,给出了溶液中Sm(Ⅲ)、Fe(Ⅱ)浓度与pH值的关系,确定了两种金属离子完全共沉淀的最佳pH为7.0。

Sm5Fe80Cu1Zr3．5Si5B3C2．5非晶合金晶化动力学的研究

利用X射线衍射、透射电镜、振动样品磁强计和差热分析研究了非晶Sm5Fe80Cu1Zr3.5Si5B3C2.5合金中α-Fe/Sm2(Fe,Si)17Cx复合纳米相结构的形成过程、磁性及其晶化动力学。XRD结果表明,随着退火温度的升高,Sm5Fe80Cu1Zr3.5Si5B3C2.5非晶合金先后析出软磁相α-Fe和硬磁相Sm2(Fe,Si)17Cx;当经高温750℃晶化退火后,经Scherrer计算得到合金中α-Fe相和Sm2(Fe,Si)17Cx的晶粒尺寸分别为65.5和22.1nm,其矫顽力增加到58.11kA/m,剩磁为0.967T。晶化动力学分析发现,这种具有较低初始晶化激活能和阶段生长激活能的晶化行为是导致α-Fe相晶粒生长过于粗大和合金中α-Fe和Sm2(Fe,Si)17Cx复合纳米磁体磁耦合性能较差的根本原因。

化学共沉淀-热分解法制备Sm2Fe17合金前驱体

以化学共沉淀-热分解法制备Sm2Fe17合金前驱体。探讨溶液pH值、反应物浓度、反应温度以及陈化温度等对沉淀过程粒度和形貌等的影响，研究煅烧、氢预还原温度和时间对产物晶型的影响，确定实验的最优条件：采用红外光谱、XRD以及SEM等手段进行检测。结果表明，该前驱体化学成分配比准确，钐铁摩尔比约为2：17，结构完整，并且粒度分布均匀，完全符合作为磁性材料前驱体要求。

R2Fe17(R=Y,Tm)化合物的本征磁致伸缩随温度的变化

根据德拜理论和格律乃森关系导出的R2Fe17(R=Y,Tm)化合物在顺磁态的晶胞参数(a,c,v)及由负膨胀测定法得到的R2Fe17(R=Y,Tm)化合物的晶胞参数的差别,计算了R2Fe17(R=Y,Tm)化合物的本征体磁致伸缩随温度的变化关系.计算结果表明R2Fe17(R=Y,Tm)化合物的本征磁致伸缩随着温度的增加而急剧减小.分析表明这种现象与磁化强度和交换耦合作用随温度的下降有关.本文还研究了重稀土原子磁性对R2Fe17化合物的本征磁致伸缩的影响,结果表明重稀土原子磁矩及R-T交换耦合作用使R2Fe17化合物的本征磁致伸缩增强,但增强的幅度比3d次晶格引起的本征磁致伸缩小一个数量级,亦即R2Fe17化合物的本征磁致伸缩主要来源于3d次晶格中的Fe-Fe交换作用.

Ho_2Fe_(17-x)Al_x合金晶体结构及磁性能的研究

采用真空电弧炉熔炼制备了Ho_2Fe_(17-x)Al_x(x=4.0、5.0、5.5、5.8、5.9、6.0、6.1、6.2)系列合金,通过X射线衍射(XRD)、热重分析仪(TG)和振动样品磁强计(VSM)分析了其晶体结构、居里温度以及磁性能。结果表明,合金表现为软磁性,随着Al含量的增加,饱和磁化强度Ms大幅度降低,居里点Tc下降,通过成分微调可使其居里温度降至室温附近。

W含量对Sm_2(Fe,W)_(17)合金氢化-歧化特性的影响

用熔炼后均匀化退火的方法制备了Sm2(Fe,W)17母合金,然后于200～700℃、0.1MPa氢气压下保温1h进行氢化-歧化处理。研究了Sm2(Fe,W)17合金在氢化-歧化过程中的相变行为及W含量对Sm2(Fe,W)17合金氢化-歧化特性的影响。结果表明,Sm2(Fe,W)17在200℃、0.1MPa的H2气氛下吸氢形成Sm2Fe17Hx相,基体晶格膨胀,产生穿晶和沿晶断裂而破碎,W含量越高则合金吸氢越少。当温度高于600℃后,合金发生歧化反应,Sm2Fe17Hx相逐渐分解为SmHx和α-Fe;温度升至700℃后,W含量不同的Sm2(Fe,W)17合金歧化完成程度各异,W含量越少歧化越完全。

Y_2Fe_（17）N_y合金相结构稳定性研究

本文分析了Ｙ＿２Ｆｅ＿（１７）Ｎ＿ｙ合金相的稳定性，用ｘ射线和高温穆斯堡尔谱进行了实验研究。结果表明：虽然Ｙ＿２Ｆｅ＿（１７）Ｎ＿ｙ合金结构比较稳定，但仍为一亚稳相，因为当温度较高时，Ｙ＿２Ｆｅ＿（１７）Ｎ＿ｙ合金将分解成更为稳定的ＹＮ化合物和α－Ｆｅ相。

R_2Fe_(17)C_x(X～2.5)的结构和磁性

稀土铁碳系化合物是由R2Fe（17）化合物在甲烷气氛中热处理获得的。这些碳化物的构成为R2Fe（17）Cx，其中x～2．5。碳化物结构为Th2Zn（17）或Th2Ni（17）型，体积比碳原子单轴膨胀6．5％。Sm2Fe（17）C（2．5）的居里温度为760K，易磁化轴方向沿C轴，在室温下的各向异性场为15±0．5T。

还原扩散法制备Sm_2Fe_(17)N_x磁粉的研究

研究了还原扩散法制备Sm2Fe17Nx磁粉过程中,还原扩散反应温度和时间对Sm2Fe17合金单相性的影响,以及Sm2Fe17合金渗氮过程中渗氮温度和时间对Sm2Fe17Nx磁粉性能的影响.结果表明:当还原扩散反应温度为1423K、反应时间为5小时能得到均相单一的Sm2Fe17合金;在728K温度下渗氮3.5小时后,400目～500目的Sm2Fe17Nx磁粉的各项磁性能达最大值:Br=0.8943T,Hc=325.8kA/m,Hcj=420.3kA/m,(BH)max=78.6kJ/m3.

R_2Fe_(17)的气相碳化作用

R_2Fe_(17)系与丁烷在780K 发生反应生成中间碳化物 R_2Fe_(17)C_(3-δ)后,其居里温度提高了约330K。只有Sm 碳化物在室温表现出易轴各向异性,各向异性场为10T。Er 和 Tm 碳化物在较低的温度下呈自旋重新取向。

Ca-Sm_2O_3-Fe体系生成Sm_2Fe_(17)的研究

对由Ca-Sm2O3-Fe体系通过还原扩散反应生成Sm2Fe17合金的过程进行热力学和动力学分析;研究了产物Sm2Fe17合金的收率及Sm和残余CaO的含量。结果表明:还原扩散法制备Sm2Fe17合金的收率较高,均大于80%,且残余CaO的含量极低,均小于0·55%;随着温度的上升和反应时间的延长,Sm2Fe17合金的收率和Sm2Fe17合金中Sm的含量均增大。收缩核模型处理结果表明:液态Sm和固态Fe之间的包晶反应为整个还原扩散反应过程的控速步骤;还原扩散反应的表观活化能为73.74kJ·mol-1,指前因子为7.79×10-3。

Sm_(12.7)Fe_(86.3)Nb_1合金的氢处理

Sm12.7Fe86.3Nb1合金在不同温度下氢爆(HD)及氢化歧化解吸再复合(HDDR)处理时,100℃时可氢化形成Sm2(Fe,Nb)17Hy,随着温度升高氢化速度加快,到400℃时单胞体积最大膨胀了3.38%。超过500℃时Sm2(Fe,Nb)17Hy+H2→SmHy+α Fe(Nb)发生歧化,直到900℃仍旧存在,故氢爆温度应低于500℃。解吸与再复合过程在超过700℃时可能以SmHy+α Fe(Nb)→Sm2(Fe,Nb)17+H2方式进行。在连续的HDDR处理过程中,吸氢歧化在升温(400℃/h)的过程中即已完成,而解吸再复合在保温时与歧化阶段达到平衡,即SmHy+α Fe(Nb) Sm2(Fe,Nb)17+H2,抽真空是使该反应向右进行的主要驱动力。在HDDR过程中破坏试样的原颗粒尺寸会残留较多的软磁α Fe相而恶化氮化后的磁性能,HDDR后残留的α Fe相含量均高于退火态的残留量,2次循环后磁粉的矫顽力较高。HDDR使粉末颗粒表面产生裂纹,再复合后的Sm2(Fe,Nb)17颗粒细小均匀,尺寸分布在几十纳米到300nm之间。