Sm2Fe17N3永磁材料的研究现状与展望

简要分析了Sm2Fe17N3间隙化合物的晶格结构及其内禀磁特性原理,重点介绍了目前Sm2Fe17N3永磁材料的制备方法和添加元素对其磁性能的影响,并对Sm2Fe17N3/α-Fe双相纳米复合材料的制备现状进行了综述,最后就Sm2Fe17N3永磁材料制备过程存在的问题和发展趋势进行总结和展望。

Sm2Fe17N3居里温度及磁性能的价电子结构分析

从固体与分子经验电子理论出发分析了Sm2Fe17N3的价电子结构;在满足键距差ΔD(nα)<0.005 nm基础上筛选得出了45种成键原子对的等同键数Iα、理论键距■和实验键距D(nα);确定了Sm2Fe17N3晶体中9种不同晶位上原子的量子态:Fe(c1):A17;Fe(c2):A16;Fe(c3):A15;Fe(f):C3;Fe(h):C5;Fe(d):A8;Sm(c):7;Sm(a):7;N(e):3;计算了Sm2Fe17N3晶体的磁矩即51.8706μB以及居里温度即TC=748.55 K并研究了价电子结构与Sm2Fe17N3化合物的磁矩和居里温度的关系。结果表明:建立的价电子结构可靠性较高,通过价电子结构计算得到的Sm2Fe17N3化合物居里温度与其理论值相符合;Sm2Fe17N3中6种Fe原子的量子态可以作为衡量晶体磁矩及居里温度的重要依据,为了得到更高磁性能的永磁材料,可以考虑增加Fe原子量子态数量由甲种杂化朝丙种杂化转化;而Sm2Fe17N3晶体中包含的丙种杂化的Fe原子数及一个结构式中包含总磁电子数等,从微观对Sm2Fe17N3具有较高居里温度的特性进行了揭示。

Sm2Fe17N3晶体的价电子结构分析和结合能、最强键能计算

由EET理论直接建立了Sm2Fe17N3晶体的价电子结构,同时计算并筛选了晶体的结合能和最强键能,分别为EC^0=14716.8±13.7kJ·mol^-1和Eα=110.1311 kJ·mol^-1。分析计算结果表明:Sm2Fe17N3晶体内共价电子数主要分布在12对由Fe(c1),Fe(c2)和Fe(c3)参与形成的最强键能的键上,由这3种Fe晶位原子形成的共价键键距普遍小于0.3 nm,共价键较强对晶体结合能作主要贡献;并且其结合能相比Sm2Fe17晶体的小得多,解释了Sm2Fe17合金在低温和非真空状态条件下易氧化而经过渗氮后得到的Sm2Fe17N3则表现出常温下结构稳定、化学性能好的特性;计算出N原子参与形成的成键原子对的理论键能值普遍在1 kJ·mol^-1左右,反映出Sm2Fe17N3化合物内在渗氮特性,分析了制备钐铁氮永磁材料过程中Sm2Fe17合金较低温渗氮难、渗氮不稳定和渗氮不均匀的缺陷。

纳米晶Sm_2Fe_(17)片的制备及低温渗氮

采用油胺作为表面活性剂,将Sm2Fe17微米粉进行表面活性剂辅助高能球磨(HEBM)4 h后,获得厚100～180 nm,长2～13μm的纳米片,该纳米片具有织构,晶粒尺寸约8 nm。在300～350℃低温范围内,进行低压、短时渗氮,获得Sm2Fe17N3片状粉末。Sm2Fe17纳米片在350℃、3 psi氮气压力下渗氮3 h后,矫顽力可达到3.56 kOe,晶粒保持纳米尺度不变,且具有(001)织构。

高性能Sm_2Fe_(17)N_3永磁粉末的还原扩散工艺研究

研究了还原扩散法(R/D)制备Sm_2Fe_(17)合金及通过气-固相反应法生成Sm_2Fe_(17)N_3磁粉的工艺过程。工艺过程引入乙二氨四乙酸的氨水溶液以优化水洗工艺,借助XRD和SEM分析测试手段对Sm-Fe合金扩散、渗氮过程和机理分别进行理论分析和实验研究,通过VSM分析了Sm_2Fe_(17)N_3磁粉的磁滞回线。获得了最佳磁性能的磁粉:Ms=133.43A·m^2/kg、Mr=122.46A·m^2/kg、Hci=795.2kA/m、(BH)max=180.64kJ/m^3。