Sm2Fe17化合物的差热-热重分析

通过X射线衍射、差热-热重(DTA-TG)联用仪以及磁测量等手段研究了Sm2Fe17化合物及其氮化物的相结构和磁性。通过对Sm2Fe17化合物的DTA-TG分析可以得到:当温度从室温(约300 K)升至1473 K的过程中,在N2保护的条件下,N原子扩散进入Sm21Fe17化合物中,在温度为700 K左右时Sm2Fe17化合物吸氮反应最剧烈,吸氮的结果使得Sm2Fe17Nx化合物的居里温度显著提高。随着温度的继续升高,在吸氮反应的同时,Sm2Fe17Nx化合物变的不稳定,部分分解为SmN化合物和Fe。对实验结果的分析可以得出,该化合物在接近熔点的1473 K以下只存在Th2Zn17型结构,不存在Th2Ni17型结构。

HDDR处理的Sm2Fe16Ti1Nx化合物高能球磨的研究

在用HDDR法制备Sm2Fe16Ti1Nx氮化物过程中,研究了高能球磨对氮化物粉末的形貌、物相结构及磁性能的影响.发现高能球磨Sm2Fe16Ti1Nx氮化物使粉末颗粒细化的过程可描述为:大粉末颗粒→压延成层片状→断裂成短棒状及球形颗粒→压延成层片状→断裂成球形小颗粒,并在球磨一定时间后使粉末中的Sm2(FeTi)17Nx主相完全非晶化,α-Fe含量增高且没有非晶化.球磨后粉末的矫顽力随着球磨时间的延长而降低,而剩磁在球磨短时间时降低,再延长球磨时间又增高,在球磨较长时间到Sm2(FeTi)17Nx主相完全非晶化后又使剩磁降低,最高磁场下的磁化强度值则随着球磨时间的延长而增加.手研磨后粉末的矫顽力随研磨时间的延长而逐渐升高而剩磁及最高场下磁化强度值变化不大.

还原扩散法制备稀土永磁Sm2Fe17Nx的研究

研究了还原扩散法(R/D)制备Sm2Fe17合金及通过气-固相反应法生成Sm2Fe17Nx(x≈3)化合物的整个工艺过程,并通过XRD和SEM等分析测试手段对还原扩散过程和机理作了理论分析和实验研究,通过VSM分析了Sm2Fe17Nx磁粉的磁滞回线.

Sm2Fe17化合物的吸氮反应研究

通过X-射线衍射、差热-热重(DTA-TG)联用仪以及磁测量等手段,研究了Sm2Fe17化合物吸氮后的相结构及居里温度的变化行为.X-射线衍射表明,吸氮后Sm2Fe17化合物的衍射峰向小角度方向偏移,并且出现了-αFe的衍射峰,这说明吸氮后化合物的晶胞有所膨胀,并且化合物有一定的分解,产生了-αFe.差热-热重分析表明,在温度为700 K左右时Sm2Fe17化合物的吸氮反应最剧烈,吸氮以后化合物的居里温度TC有显著的提高;而且随着温度的继续升高,在吸氮反应的同时,Sm2Fe17Nx化合物不稳定,部分分解为SmN化合物和-αFe.实验结果分析表明,该化合物在1 473 K以下时,只存在Th2Zn17型结构,不存在Th2Ni17型结构.

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。

PM法制备Sm2Fe17Nx永磁材料最佳工艺的研究

采用粉末冶金工艺制备了各向异性Sm2Fe17Nx永磁粉末.重点考查了工艺参数对Sm2Fe17合金的显微组织及Sm2Fe17Nx粉末磁特性的影响.结果表明,铸态合金的均匀化、粉末的氮化以及粉碎过程是获得高性能磁粉的关键因素.采用优化工艺条件制备的磁粉的磁特性为:Jr=1.24T,iHc=756kA/m,(BH)max=220kJ/m3.

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。

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。

Reshaping the concept of bonded magnets——recent progress in the industrialization of anisotropic rare earth-ferro nitrides(SmFeN,NdFeN)

The chemical formula for rare earth-ferro nitrides is R_(x)Fe_(y)N_(z),where R represents a rare earth element.Anisotropic rare earth-ferro nitrides include two types of materials with different chemical compositions and crystal structures:(1) Nd(Fe,M)_(12)N_(x) or Pr(Fe,M)_(12)N_(x),where M=Ti,V,Mo,etc.,having a ThMn_(12)-type tetragonal crystal structure,commonly referred to as Neodymium-Ferro-Nitrogen (NdFeN);(2) Sm_(2)Fe_(17)N_(x), having a Th_(2)Zn_(17)-type rhombohedral crystal structure,abbreviated as Samarium-Ferro-Nitrogen (SmFeN).The academic community refers to these two types of materials collectively as rare earth-ferro nitrides.

Sm2Fe17的价电子结构及性能研究

依据固体与分子经验电子理论(empirical electron theory, EET),利用键距差(BLD)法,计算了Sm2Fe17晶体的价电子结构与理论键能、结合能。将由Sm2Fe17的晶体结构数据得到的19种实验键距值, Sm, Fe原子状态杂化参数输入根据键距差法编制的程序,运行并筛选输出结果得到Sm2Fe17的价电子结构。Sm2Fe17的价电子分布表明:Sm2Fe17晶胞中Sm原子处于B种杂化第一阶,晶格电子数为1;Fe原子处于C种杂化第九阶,晶格电子数为0.0322;总的共价电子数为165.000。通过计算, Sm2Fe17晶体中第α=1的Fe-Fe键能最大,E1=262.6832 kJ·mol-1,是晶体熔化时需要破坏的主干键络, Sm2Fe17的理论结合能为39030.0175 kJ·mol-1,因此使Sm2Fe17相熔化需要较多的能量,这些是SmFe合金宏观熔点比较高的主要原因;第α=19的Sm-Sm键能最小,E19=1.5563 kJ·mol-1,其晶体结构被破坏时需要的能量很小,这是SmFe合金高温下易产生Sm原子氧化、挥发的主要原因;Sm2Fe17晶体中晶格电子总数较少且分布不均是SmFe合金产生脆性的主要原因。

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。

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.

添加W元素对Sm-Fe合金相组成及微观结构的影响

使用XRD,SEM,金相显微镜等手段研究了添加W元素对Sm-Fe合金相组成及微观结构的影响。结果表明:W元素的添加改善了Sm-Fe铸态合金的微观结构,有效地抑制了α-Fe的生成和长大,减少了铸锭中的富Sm相和α-Fe相等杂相含量,Sm-Fe-W合金均匀化热处理4h即可达到未加W元素的Sm-Fe合金均匀化热处理16h相同的效果。

Sm_2Fe_(17)N_x的制备

在研究确定了原材料配比的基础上,采用还原扩散法制备出了Sm2F e17合金粉;探讨了反应温度、恒温时间、氮气压力及氮气压力200kPa时温度等因素对氮化反应的影响。当氮气压力为200 kPa、温度为873K、恒温5h时,生成Sm2F e17N2.874,其氮含量为3.111%。

永磁材料未来十年研究展望

在未来的１０年里，永磁材料的研究与开发将主要呈现３个特点：磁体性能综合化、合金成分多元化和制备工艺高技术化。ＮｄＦｅＢ系合金，Ｓｍ２Ｆｅ１７Ｎｘ（ｘ＝２～３）系合金仍将是研究的热点。除此之外，复合型双相纳米晶永磁合金，Ｒ３（Ｆｅ，Ｔ）２９Ｚｙ（Ｒ＝ＲＥ；Ｔ＝Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ；Ｚ＝Ｃ，Ｈ，Ｎ）３∶２９类化合物将吸引越来越多的注意力。本文重点综述了双相纳米晶永磁合金和３∶２９类化合物的研究进展，并对今后永磁材料的研究方向作了简略的展望。

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。

各向异性Sm_2Fe_(17)N_x磁粉的结构与磁性能

研究了Sm2 Fe17Nx 磁粉的制备、结构与磁性能 ,发现Sm Fe合金的铸态组织主要由Sm2 Fe17、α Fe和SmFe2 三种物相组成 ,而经过 10 0 0℃均匀化退火 4 8h处理后富Sm的SmFe2 相基本消失 ,α Fe相的晶粒变小 ,数量减少。随着氮化时间延长到 10h ,Sm2 Fe17相始终未改变其Th2 Zn17型结构 ,而氮原子浓度增加 ,所有的X射线衍射峰均向小角度方向移动 ;但在氮化时间超过 10h后 ,物相要发生变化 ,导致磁性能降低。在 5 0 0℃下流动的氮气氛中对Sm2 Fe17合金氮化 2、4、6、10h未加磁场取向的磁粉中 ,以氮化 6h的磁性能值最高 :σr =35 4 4Am2 /kg(emu/g) ,Hc =5 8kA/m(72 9 0 3Oe)。磁性能值偏低的原因与测量磁场较低 。

Sm_2Fe_(17)和Sm_(10.5)Fe_(88.5)Zr_(1.0)的氮化行为

通过真空电弧炉制备了Sm2Fe17和Sm10.5Fe88.5Zr1.0母合金,铸态Sm2Fe17先经均匀化处理后再氮化,而Sm10.5Fe88.5Zr1.0则不经均匀化退火而直接在高纯氮气中氮化。运用扫描电子显微镜和X射线衍射技术对其氮化行为进行了研究。薄片扩散实验表明氮在Sm2Fe17中的扩散要比在Sm10.5Fe88.5Zr1.0中的扩散快。运用Fick第二定律通过理论计算得出直径为20μm的Sm2Fe17合金和Sm10.5Fe88.5Zr1.0合金球形粉末粒子,实现充分氮化的时间为10h和16h。实际粉末实现完全氮化的时间要比理论计算的时间少。这和粒径分布、颗粒表面状态、氮化过程产生的微裂纹以及实际条件和理想条件的差异有关。对于直径为20μm的粉末,氮化时间为6h时氮化已基本完成,氮化时间过长,Sm2Fe17Nx会发生分解。

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。