(Sm,Ce)2Fe17N3各向异性磁粉的制备及磁性能研究

作     者：曾炜炜 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郑志刚;肖方明

授予年度：2021年

学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：(Sm,Ce)2Fe17N3 内禀磁性能 技术磁性能 微观组织 

摘      要：随着稀土永磁产业的快速发展,稀土资源利用不均衡的问题愈发明显。因此,开发(Sm,Ce)FeN这类不含Pr、Nd的稀土永磁材料就具有重要的意义。这类材料可以通过调节Sm/Ce比例使其兼具高内禀磁性能和高Ce含量这两种特点。然而(Sm,Ce)FeN存在技术磁性能较差的问题,不利于其在稀土永磁领域上的应用。因此,本文采用粉末冶金法制备(Sm,Ce)FeN合金,并针对Ce含量为40%和60%的各向异性磁粉,采用成分优化、微观组织调控等方法对其进行技术磁性能改进。首先,通过交点法测定不同Ce含量下(Sm,Ce)FeN的内禀磁性能。随着Ce含量从0%增加到80%,(Sm,Ce)FeN的各向异性场H从190 kOe降低到49 kOe,饱和磁化强度M从140 emu/g增加到151 emu/g。其中,(SmCe)FeN(y=0.4,0.6)可以在较高Ce含量的情况下具备良好的内禀磁性能,其饱和磁化强度M为135 emu/g和138 emu/g,各向异性场H为109 k Oe和67 k Oe。其次,通过调控微观组织提高(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉的技术磁性能。其中,调控微观组织的方法有减小颗粒尺寸、颗粒表面镀上Zn层,对颗粒进行热处理塑形和扩散工艺调控颗粒表面成分。通过球磨法来减小磁粉的颗粒尺寸,使(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉的磁性能获得提升。当(SmCe)FeN(y=0.4,0.6)各向异性磁粉被球磨至0.79μm和0.90μm,矫顽力H分别是502.28 k A/m和197.52 k A/m,剩余磁极化强度J都是1.15 T。在此基础上,通过镀Zn法在磁粉表面形成ZnFe非磁性层使得矫顽力进一步提升,(SmCe)FeN(y=0.4,0.6)各向异性磁粉的矫顽力H可分别提高至936.35 k A/m和472.07 k A/m,提升幅度分别为86%和138%,但是剩余磁极化强度J会出现明显的下降,分别降低至0.72 T和0.74 T。再通过热处理的方法钝化磁粉表面尖锐的棱角,使(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉的磁性能获得明显提升。经过900℃热处理30 min,(SmCe)FeN(y=0.4)各向异性磁粉在较大颗粒尺寸时可以获得较高的矫顽力H。当磁粉的平均晶粒尺寸为1.61μm时,矫顽力H为446.35 k A/m,剩余磁极化强度J为0.95 T。再次,探索了Ce元素偏析现象,通过扩散工艺提高磁粉表面的Sm含量,使(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉获得矫顽力的提升。与扩散源SmFeCu在700℃中扩散热处理60 min后,(SmCe)FeN(y=0.4)磁粉表面形成高Sm含量的磁硬化层,使其在较大颗粒尺寸时可以获得较高的矫顽力H。当磁粉的平均晶粒尺寸为1.11μm时,其矫顽力H为540.88 k A/m,但磁粉因相互粘结而表现出取向度较差的问题,进而剩余磁极化强度J下降至0.79 T。综上所述,本论文在兼具高Ce含量和高内禀磁性能的(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉上通过调控微观组织的方法改进了磁粉的技术磁性能,为(Sm,Ce)FeN各向异性磁粉的发展奠定了基础。