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Sm-Co纳米晶合金化合物以其优良的磁性能成为新型功能材料研究的前沿课题,而目前的研究多数集中在对高Co型Sm-Co合金化合物(如SmCo5,Sm2Co17及SmCo7)的研究,对低Co型的Sm-Co合金化合物研究报道极少。本文以低Co型的SmCo2、Sm2Co7合金化合物为研究对象,研究获得了制备纳米晶结构的SmCo2、Sm2Co7合金化合物块体材料的创新方法;对制备的纳米晶合金化合物的显微组织、晶体结构和相组成等进行表征和分析,并利用纳米晶合金热力学计算,对纳米晶合金化合物的相稳定性和相组成进行分析预测;测定获得了纳米晶合金化合物的磁性能及力学性能。
采用磁悬浮熔炼和随后高温退火的方法首先制备出单相SmCo2、Sm2Co7粗晶合金,再利用高能球磨工艺获得SmCo2、Sm2Co7非晶态合金粉末,然后利用放电等离子烧结制备得到纳米晶结构的SmCo2、Sm2Co7合金块体材料。
利用XRD、TEM、SAED、NBED等方法分析了制备的SmCo2、Sm2Co7纳米晶合金的显微组织、晶体结构和相组成等特征。结果表明制备的纳米晶合金晶粒尺寸细小,分布均匀,晶体结构与同种成分的粗晶合金相同;SmCo2纳米晶合金在室温下不能以单相的形式存在,而是具有以SmCo2为主相、少量SmCo3和Sm9Co4多相共存的相组成;Sm2Co7纳米晶合金在室温下以单相形式稳定存在。
对制备的SmCo2、Sm2Co7纳米晶合金分别进行了磁性能和力学性能测试。结果表明,与同种成分的粗晶合金相比,纳米晶合金表现出明显的永磁特性,且具有良好的综合磁性能;SmCo2、Sm2Co7纳米晶合金的显微硬度和弹性模量分别达到10.877 Gpa、12.377 Gpa和110.499 Gpa、135.977 Gpa。
结合纳米晶合金热力学计算分别阐释了粗晶合金和纳米晶合金的相稳定性及其转变规律。模型计算表明,由于纳米晶合金体系Gibbs自由能的纳米尺度效应,SmCo2纳米晶合金在室温下不能以单相的形式存在,而分解成SmCo3和Sm9Co4:Sm2Co7纳米晶合金的两种晶体结构发生转变不仅与温度有关,而且与晶粒尺寸有关,在室温下发生相变的临界晶粒尺寸为24 nm,即当晶粒尺寸小于24nm时,α-Sm2Co7将向β-Sm2Co7转变。
本文的研究为纳米尺度下Sm-Co合金化合物的结构和性能数据库提供了重要的基础数据,而且为新型纳米稀土功能材料的研发提供了具有重要意义的科学指导。