(Ce,Sm,Zr)（Fe,Co,Ti,Cu）12永磁材料的磁性能与组织结构调控

作     者：刘风玚 

作者单位：钢铁研究总院 

学位级别：硕士

导师姓名：冯海波;陈红升

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：ThMn12型 模拟计算 磁性能 相变 矫顽力 晶界相 

摘      要：RFe12型稀土永磁材料具有较高的内禀磁性能和居里温度,超越现有Nd-Fe-B材料的剩磁和居里温度,成为下一代永磁体的候选材料。由于RFe12相在室温下为亚稳态,引入Ti、Zr等稳定元素会导致剩磁的降低。尽管Sm-Fe-Ti体系材料饱和磁化强度较高,但无磁性晶界相难以构建,因此块体材料的矫顽力往往较低。高性能RFe12型磁体的制备需要在相稳定性、本征磁性能以及矫顽力等因素的综合优化。采用第一性原理计算能够为高效率研究磁体成分、稳定性和磁性能提供参考。本论文通过第一性原理计算预测元素掺杂对稳定性和磁性能的影响,优化设计（Ce,Sm,Zr）(Fe,Co,Ti,Cu)12合金成分,分析了元素掺杂和热处理对磁性能、相组成以及微观组织结构的影响。主要研究结论如下: （1）第一性原理计算预测Ce含量对CexSm0.75-xZr0.25Fe9Co2.5Ti0.5（x=0、0.25、0.5、0.75）的相稳定性和磁性能的影响:Ce含量增加导致相稳定性降低,体系的总磁矩提高。优化成分设计并制备CexSm0.8-xZr0.2(Fe0.8Co0.2)11.5Ti0.5（x=0、0.2、0.4、0.6、0.8）速凝带,研究Ce含量和热处理对速凝带微观组织结构与磁性能的影响。原始速凝带由1:9相、1:12相、α-（Fe,Co,Ti）相和1:2相组成,其矫顽力较低。热处理后,速凝带的Ms随Ce含量增加而单调增加,Ce0.8Zr0.2(Fe0.8Co0.2)11.5Ti0.5速凝带的Ms为13.6 k Gs。1:12相和1:9相之间具有[00-1]1:12//[100]1:9和（020）1:12//（010）1:9的位相关系,两相之间的相界面平滑清晰。热处理促进1:9相与α-（Fe,Co,Ti）相反应生成1:12相,从而提高磁性能。 （2）研究了Cu元素掺杂和热处理对Sm(Fe0.8Co0.2)11-xTi Cux（x=0、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5）速凝带微观结构和磁性能的影响。Sm(Fe0.8Co0.2)10.8Ti Cu0.2速凝带的Ms最高,为10.7 k Gs。Sm(Fe0.8Co0.2)10.5Ti Cu0.5速凝带矫顽力由0.3 k Oe增加到2.1 k Oe。Sm和Cu进入晶界,形成约10 nm的晶界相,晶界相中Fe含量减少至35-45 at.%,为获得非磁性晶界提供可能。950℃热处理有利于1:12相的形成和Ms的增加。 （3）在添加Cu优化微观结构的基础上,采用第一性原理计算和实验研究Ce含量对CexSm1-xFe8.5Co2.5Ti（x=0、0.25、0.5、0.75、1）的相稳定性和磁性能的影响,结果表明:随Ce含量增加,相稳定性提高,总磁矩降低。Ce0.25Sm0.75(Fe0.8Co0.2)10.8Ti Cu0.2速凝带具有最高的剩磁,为1.0 k Gs,最佳矫顽力为0.8 k Oe。Ce-Sm-Cu晶界相的Fe含量低于Sm-Cu晶界相。