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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

Sm_2Fe_(17)N_(2.9)永磁体的制备及磁性能的研究

利用球磨法制备Sm2Fe17N2 9粉体,利用X射线衍射仪、比表面积分析仪、扫描电镜、透射电镜、振动样品磁强计、交流初始磁化率测定仪等实验仪器和测量分析方法,对所制备的Sm2Fe17及氮化物的磁性能进行了分析.实验结果表明:球磨法所制的样品质量配比数较为合理,样品在500℃氮化3h磁性能为最佳,主相为TH2Zn17的菱方结构,居里温度与氮化温度相差不大.

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。

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.

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。

Sm_(12.8)Fe_(87.2)合金氮化前后高能球磨的研究

用破碎法制备了Sm12.8Fe87.2合金及其氮化物,对比研究了高能球磨工艺对母合金及其氮化物粉末的形貌、组织结构 及磁性能的影响。研究发现,高能球磨细化Sm12.8Fe87.2合金粉末或Sm12.8Fe87.2Nx氮化物粉末的过程均由大粉末颗粒→压延或 断裂成层片状→断裂成小颗粒3个阶段循环组成,并均在球磨一定时间后使粉末中的Sm2Fe17型相完全非晶化,α-Fe含量增 高且没有完全非晶化。球磨细化同粒度氮化物粉末的速度比母合金粉末的快。氮化过程不改变Sm12.8Fe87.2合金粉末球磨后 的相结构。氮化物的非晶化过程应当为:Sm2Fe17Nx(晶态)→SmFeN(非晶)+α-Fe。经两种高能球磨方式得到的氮化物粉末 的矫顽力随着球磨时间的延长而降低,而剩磁与磁化强度值在球磨时间短时降低,延长时间又增高,到球磨到主相非晶化 后又降低。

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。

Sm_2Fe_(17)C_x化合物的磁性能

本文介绍用x射线衍射、热磁分析及超导量子干涉磁强计对铸态Sm2Fe（17）Cx化合物的结构特性和磁性能进行的系统研究，其中0≤x≤1．5。晶体结构研究表明，三元系碳化物形成三角晶Th2Zn（17）型结构，在室温下晶格常数随x增高而增大，从而证明碳以填隙方式代换。居里温度随x增高而急剧升高，从X＝0时的TC＝130℃到X＝1．5时的Tc＝247℃。在2：17结构中引入填隙碳原子能导致Sm2Fe（17）Cx化合物的磁晶各向异性的剧变．K1值随x增高而增大，并且会出现易面各向异性向易轴各向异性的转变。

Sm_2Fe_(17)型合金氮化工艺的研究进展

具有优异磁性能的Sm_2Fe_(17)N_x材料在制备过程中,氮化工艺是极其重要的环节。对Sm_2Fe_(17)型合金氮化的晶体结构、扩散反应等基本原理进行了总结,分析了氮化压力、时间、温度等因素对氮化工艺的影响,若氮化时间较短则氮化不完全,而氮化时间过长则导致氮分布不均匀等;指出了现有氮化工艺在固态粉末条件下进行渗氮处理时,存在氮化程度不均一、氮化效率低等问题;提出了高压条件下实现液态或固态合金直接氮化制备钐铁氮合金粉体的新展望。

质子辐照对永磁合金微观结构演化的研究

钐钴和钕铁硼稀土永磁合金已经广泛应用于粒子加速器的波荡器和其他器件中,作为加速器的重要组成部分,永磁合金在辐照环境中长期服役会出现磁性能损失的现象,这会影响束流的品质.为了探讨产生这个现象的微观机理,采用透射电镜对质子辐照前后的钐钴和钕铁硼稀土永磁合金进行了微观结构演化的表征和分析,统计了由辐照析出的纳米晶体积密度和粒径分布,并讨论了微观结构演化对宏观磁性能损失的影响.结果表明,随着质子辐照损伤程度的增加,永磁合金的微观结构从单晶结构转变为纳米晶多晶结构,且纳米晶和基体的晶体结构相同.钕铁硼的纳米晶体积密度先增大后减小,粒径分布先增大后不变;钐钴的纳米晶体积密度逐渐减小,粒径逐渐增大.在2 dpa的质子辐照损伤程度下,钕铁硼稀土永磁合金比钐钴永磁合金的非晶化趋势更明显.

过热度对钐铁合金熔炼的影响

通过ICP、XRD、SEM、EDS等手段研究了过热度对钐铁合金熔炼的影响。结果表明,随着过热度的增加,钐铁合金熔炼后钐含量明显降低,且钐元素挥发速率先增大后减小;钐铁合金相组成受过热度影响较大,随着过热度的增加,Sm2Fe17相和富钐相先增加后减少;钐铁合金中α-Fe相随着过热度的增大开始出现并逐渐增加,且其枝晶呈规律性排布,同时含钐相的相对含量明显降低。

非晶态钐铁合金晶化温度和时间的探究

通过XRD、SEM、DSC等手段分析了含钐量为24%的钐铁合金晶化过程不同阶段的微观形貌和物相组成,研究了温度和时间对非晶态钐铁合金晶化的影响。结果表明:即使钐铁合金快淬速度达到35 m/s,冷却速率达到1.03×10^6 K/s,其快淬薄带也只能形成10%~20%的非晶量;将快淬薄带球磨2.5 h后,Sm2Fe17主相已达到完全非晶,合金中仅存在少量α-Fe相。钐铁合金快淬薄带球磨2.5 h的非晶态粉末最佳晶化温度和时间分别是700℃和20 min。

液氮球磨Sm-Fe合金的组织演变

利用低温液氮球磨技术制备了Sm-Fe合金粉体,采用XRD、HRTEM和惰性气脉冲-红外-热导等方法对Sm2Fe17合金粉体在液氮球磨过程中的组织演变进行了研究。结果表明,液氮球磨可加速细化Sm-Fe合金粉体。球磨5h后,Sm-Fe合金的晶粒尺寸约为10nm,9h后晶粒尺寸约为5nm。Sm-Fe合金中的氮含量随着球磨时间的延长而增加,主轴转速150r/min球磨9h后,氮含量达1.62%(质量分数,下同)。随着球磨时间的延长,Sm2Fe17相向非晶态转变,降低球磨转速可以延缓非晶的形成过程。