高矫顽力Sm（Co、Cu、Fe、Zr）7.4合金的组织和Hc

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.01.016 北京钢铁学院学报；二 1985第1期 高矫顽力Sm(Co、Cu、Fe、Zr)z.i 合金的组织和Hc 精密教研室肖幅福张正义 摘要 本文用磁性测量Kel1效应，电子显微镜和x线衍射研究了850℃不同时间时效 所对应的Hc、起始磁化曲线、磁畴、显微组织和所对应的应力况态。讨论了“Z”相， 带状组织和晶界析出相对畴壁的作用，探讨了在高Hc状态下非均匀钉扎的机构。 d 一、介 绍 Sm(Co、Cu、Fe、Zr)·4合金固溶淬火后，经过一个较复杂的热处理，其，Hc =13KOe、BHc=9.0~1.10KOe(BH)max≈33MG0e.1为众多的研究者所瞩目。如进 -一步简化，其热处理工艺，取代SmCo:磁体不无可能。这种合金的微观结构是随热处理而 发展的，在低Hc下(<7Koe)典型的微观结构是Sm,Co1,胞被JmCo,胞壁所包围a1;在 高Hc状态下还出现了较前复杂的垂直于c轴的长片状结构I4?,带状结构t6·'和富Cu的 析出区1。 合金的c机构多效作者认为是Sm(CoCu)胞壁相对碳壁们钉礼所致【851。但有的 作者1和本早期工作1]攻察了不同，Hc状态下问起始磁化曲线，发现在高，Hc状态下 的起始磁化曲线已非典型钉扎类型。对这种磁化过程的解释尚不成熟。本文日的是采用把起 始磁化曲线与磁畴和微观结构阳对照的方法，：深讨磁化机制改变的原因，以求对高：H。状态 下的Hc批制有进一步的了解。 二、实 验 所研究的合金成份是25.5%Sm、15%Fe、8%Cu、48.5%Co和3%Zr,粉末坯型经 1210℃烧结和1155℃固溶后，风冷至室温，备时效用。 时效采用图1AB两组工艺选取两组工艺中t1=0.5,1,2,5,10小时样品用自动回线仪测 定，·起始磁化曲线和：Hc,选取A组中，上述t:值样品，分别沿平行于c轴和垂直于c轴切成 0.3mm的薄片，供制备电镜、扫描电镜、磁畴和x线衍射用。 磁畴观测选取垂直于轴向的薄片样品，机械减薄至10μm,用Kll效应观察。这种厚度 下观察的是内部畴111。充磁状态下的畴图形是开路下的观察结果。 :透射电子显微镜研究选取平行于c轴的样品，机械减薄至30μm,然后进行离子减薄， 27

北 京 钢 铁 学 院 学 报 第 期 高矫顽 力 、 识 、 通 合金的组织和 。 精 密教研 室 肖粗福 张 正 义 摘 要 本 文 用磁 性 测量 效应 ， 电子 显 微镜 和 线衍 射研 究 了 ℃ 不 同时 间时效 所 对应 的 、 起始 磁 化 曲线 、 磁 畴 、 显微组 织 和所 对应 的应 力况 态 。 讨论 了 “ ” 相 ， 带状 组 织 和 晶界析 出相对 畴壁 的作 用 ， 探讨 了在 高 状 态 下 非均 匀钉 扎 的机 构 。 一 、 介 绍 、 、 、 ， ‘ 合 金 固 溶淬 火后 ， 经 过一 个 较复 杂 的 热处理 ， 其 。 、 。 。 一 。 、 ‘ 引 为众 多 的研究 者所 瞩 目 。 如进 一 步简 化 ， 其 热处 理工 艺 ， 取 代 磁体 不 无可 能 。 这 种 合 金 的 微 观 结构 是 随热处理而 发展 的 ， 在低 。 下 · 典型 的微 观结构 是 “ ， 胞被 夕 · 胞 壁所 包 围 〔，’ 易在 高 状 态 下还 出现 了较前复 杂 的 垂直 于 轴 的长 片状 结构 摇 ’ ” ， 带 状 结构 「” ’ ’ 和 富 的 析 出区 〔 “ ， 。 一 ’ 合 金的月 。 机构 多致 作者认 为是 。 几 胞壁 相 对 一 畴壁 的 钉 扎所 致 ‘ ’ 尸 。 ’ 但有 的 作者 “ ’ 和 或讼泛早 期 工 作 上’ 。 观 察 了不 同 ， 。 状 态 下 的 起 始磁 化 曲线 ， 发现 在高 ， 。 状态 下 的 起始 滋 化曲线 已非 典型 钉 扎 类型 。 对这 种磁 化过 程 的 解 释 尚不 成熟 。 才又文 目的是采 用 把起 始磁化 曲线 与磁畴和 微 观结 构 相对照 的方 法 ， 探讨 磁 化 机 制改变 的原 因 ， 以 求对高 。 状态 下 盯杆神七制有进一 步 的 了解 。 一 中 门入 一 、 夕又 刁业 所 研究 的 合 金成 份 是 、 、 、 。 和 。 粉 末坯 型 经 ℃ 烧结和 ℃ 固 溶后 ， 风冷 至室 温 ， 备 时效 用 。 时效采 用 图 两组工 艺选 取 两组工 艺 中 丘， ， ， ， 小时样品 用 自动 回线 仪测 定 ， 起始磁 化 曲线 和 ， 。 ， 选 取 组 中 ， 上述 值 样品 ， 分另 沿平 行 于 轴和 垂直 于 轴切 成 的 薄片 ， 供 制备 电镜 、 扫描 电镜 、 磁 畴和 线 衍射 用 。 磁畴 观 测选 取 垂直 于轴 向的 薄片样品 ， 机械减薄至 件 ， 用 效应 观察 。 这 种厚度 下 观察的是 内部 畴 ” 。 充磁状 态 下 的畴 图形 是开路 下 的 观察 结果 。 一 透射 电子显微镜研 究选 取 平 行于 。 轴 一 的 样品 ， 机械减 薄至 卜 ， 然 后 进行离子减薄 ， DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．01．016

瓜工艺 B工艺 蕴 温 度 850°C 850℃ t(小时》 1℃/分 t(小时) 风 400℃ 冷 10小时 t(小时) t(小时) 图1固溶后样品时效工艺曲线 在EM-00-10KV下观察。 门描电镜和x衍射选取平行于c轴样品，机械抛光后，打描电镜用样品经1%硝酸酒精浸 蚀；×光衍射用样品还要经电解抛光，以消除机械应力。合金的二类应力，用x线衍射蜂的 宽化原理测定。 三、实验结果和说明 图2示出了周：容后的样品，经图1所示的AB两组时效工艺处理后，其，H。℃与850℃保 温时间t的关系。选取这两组工艺中t1=0.5,1,2,5,10小时的热退磁样品，测量其起始磁化 曲线，分别示于图3,4。由图3看到850℃短时间时效(0.5和1小时)，磁体的起始磁化曲线 iHe (KOe) 32 28 0.5 24 20 161 10hr 12 2 B 04名1立店20242832t(hrw 012寸4678寸o2的w07格.) 图2：Hc与850℃时效时 图3时效工艺A,不同t:值下的起 间t的关系。图中AB曲线 始磁化曲线 分别对应工艺AB 是典型钉扎类型，超过两小时逐渐变成一条斜线，这意味着磁化机制发生了变化。观察图4 可以看出850℃短时间时效(0.5和1小时)起始磁化曲线也是带有典型钉扎特点，超过2小 时则发生变化。因此可以认为磁化机制的改变，在850℃时效时就已产生，而后来的控速 冷却和400℃保温，仅仅使其强度增加。 为了更清楚地理解磁化机制改变的原因，选取了工艺A中，t:=0.5和10小时的薄膜样 品，观察热退磁状态和磁化状态的畴结构，图5.0.5小时热退磁状态的磁畴为典型迷宫畴 结构（图5A),这与文章111所得结果一致。畴宽w1=1.80μm。但t,=10的畴图形 28

芯艺 工艺 ℃ 风冷 苍鹰︵沮 通 反︾，℃益 ‘ 小时 体附 图 固溶后 样 品 时效工 艺 曲线 在 一 一 下 观察 。 扫描 电镜和 衍射选取平 行 于 轴样品 ， 机械抛 光后 ， 扫描 电 镜用样品 经 硝 酸酒精浸 蚀 ， 光 衍射 用 样品还要经 电解抛 光 ， 以 消除机械应 力 。 合 金 的 二 类应 力 ， 用 线 衍射峰 的 宽 化原 理测定 。 三 、 实验结果 和说 明 图 示出了周 溶后 的 样品 ， 经 图 所示 的 两 组 时效工 艺处理后 ， 其 ， 。 ℃ 与 ℃ 保 了 温时间 的 关系 。 选 取这 两组工艺 中 ， ， ， ， 小时 的 热退 磁样品 ， 测量 其起始磁化 曲线 ， 分 别示 于 图 ， 。 由图 看到 。 ℃短时 间时效 和 小时 ， 磁体的起始 磁化 曲线 图 ， 。 与 ℃ 时效时 图 时效工 艺 ， 不 同 值 下 的起 间 的关 系 。 图 中 曲线 始 磁 化 曲线 分 别对应工 艺 是典型 钉 扎 类型 ， 超过两 小时逐渐变 成一 条 斜线 ， 这 意味 着磁 化机制 发生 了变 化 。 观察 图 可 以看 出 ℃短时 间时效 和 小时 起始磁 化曲线 也是带 有典型 钉 扎特点 ， 超过 小 时 则发生 变 化 。 因此可 以认 为磁 化机制 的改变 ， 在 ℃ 时 效 时 就 已产生 ， 而后来 的 控速 冷却和 ℃保 温 ， 仅仅 使其强度增加 。 为 了更清楚地 理解磁化 机制改变 的原因 ， 选 取 了工 艺 中 ， ” 和 小时 的薄膜样 品 ， 观察 热退磁状态和 磁 化 状态 的畴结构 ， 图 。 。 小时热退磁状 态 的磁畴为典型迷官畴 结 构 图 ， 这 与 文章 仁 ‘ 所得 结果一致 。 畴宽 卜 。 但 的 畴图形

(图5c)与图(5A)比较，显出明显 (KGs） 地细化（畴宽W2=0.92μm)和1不 10 P 规则。如果把细化理解为畴壁座落位 8 置的畴壁纯密度降低所导致的话，那 么，不规则似乎可以理解为畴壁落 5 E A-0.5hr 位置也发生了转移。磁化态的畴图形 B-lhr 3 (图5B.D)也支持了上述看法。 C-2hr D-5hr t:=C.5小时的样品施加磁场磁化 E-10hr 后，一部分未完全消失的反向畴在晶 0123456789101112131415H(Koe) 内被钉扎（图5B)说明在此状态下 图4时效工艺B不同值下的起始磁化曲线t: 强的钉扎中心在晶内。而t1=10小时 所对应的高：Hc的样品，磁化后未消 失的反向畴被钉扎在晶界和晶内的一 些点状区域（图5D)。这说明随 850℃时效时间的延长强的钉扎中心 发生转移。如果说低Hc态下，畴壁 被钉扎在一些钉扎力强的胞壁上。那 么，在高Hc态下，至少可以认为最 强的钉扎点辣移列品界：胞壁之外的 某些地方。当然。这个转移是和显微 结构、微区分化密切相关的。 基于上述想法，我们研究了工艺 A条件下，显微组织随t:的变化，以 期探讨钉扎中心转移的可能原因。 图5薄膜样品，磁畴图形膜厚：10μm t1=0.5小时，多数晶粒中显微 A:t1=0.5小时热退磁态 C:t:=10小时热退磁态 组织是由两相组成的典型胞状组 B:t1=0.5小时磁化态 织，胞内为Smz(CoFe)1,相，胞壁 D:t1=10小时磁化态 为Sm(CoCu)。相。胞内显示的黑白交错的板状条纹为2：17李晶相（图6），这与文 章【4·5·所得结果是一致的。但在少部分晶粒中还存在有垂直于c轴的长片状态（见图7中 AB区域)。扫描电镜观察未发现其它的新相（图10a)。 t1=2小时时，长片相布满全部观察视场，而且伴随着此相的宽化，连续和密度增大。 (图8.a.b)同时扫描电镜观察还发现了与c轴方向基本一致的带状组织（图10b中A区所 示)和晶界析出相（图10.b中B区所示）。随着t:的延长，这些胞状组织，长片相，带状组织， 晶界析出。相的形状、尺寸数量都在不断变化。当t:=10小时，片状相更加粗化，个别晶粒 内它的宽度可达250μm(图9)。还发现随着它的宽化，边界变得弯曲，而且内部也有弯曲 的条纹。与此同时带状组织伸长，数量增多，晶界析出相布满晶界（图10c.d)。 我们]用透射电镜研究了带状组织与其它微观组织的关系，发现长片相和2：17孪晶都不穿 过带状组织（图11.a,b)选区衍射结果指示带状组织和晶界析出相（图12A区）具有相同 的1：5结构。 扫描电镜还观察了某些无带状组织的晶粒（图10d,中c区），其晶界上的析出相也比其 29

图 与图 人 比 较 ， 显 出明显 地 细 化 畴 宽 。 二 协 。‘ 和 不 规则 。 如果 把 细 化理解 为畴壁座 落位 置的畴 壁 纯密度 降低所 导致 的话 ， 那 么 ， 不 规则似 乎可 以 理解 为畴 壁座 落 位 置 也发生 了转移 。 磁 化态 的畴 图形 图 也 支 持 了 上 述 看 法 。 小时 的样 品施 加 磁 场 磁 化 后 ， 一 部分未 完全 消失 的反 向畴在 晶 内被钉 扎 图 说 明在 此状态下 强 的 钉 扎 中心在 晶 内 。 而 、 小时 所 对应 的高 。 的 样品 ， 磁化后 未 消 失 的反向畴被钉 扎在 晶界和 晶 内的一 些 点状 区域 图 。 这 说 明 随 ℃时效时 间 的 延 长强的 钉 扎 中心 发生 转移 。 如 果 说低 。 态下 ， 畴壁 被钉 扎在一 些钉 扎力强 的 胞 壁 上 。 那 么 ， 在 高 。 态下 ， 至 少可 以 认为最 强 的 钉 扎点转移 到 晶界 称 胞 壁 之外 的 某 些地 方 。 当然 ， 这 个转 移是 和 显 微 结 构 、 微 区 邝份变 化密 切 相 关的 。 基于 上述 想 法 ， 我 们 研究 了工 艺 条件下 ， 显微组织 随 的 变 化 ， 以 期 探讨钉 扎 中心 转移 的可能原 因 。 小 时 ， 多数 晶 粒 中显微 组织 是 由两 相组 成的 典 型 胞 状组 织 ， 胞 内为 相 ， 胞壁 皿 。 认 图 时效 工 艺 不 同值 下 的起始磁 化 曲线 图 薄膜样 品 ， 二 磁 畴 图形 膜厚 件 分刀 麒著赞梦 小时磁 化 态 小时磁 化 态 为 。 相 。 胞 内 显示 的 黑 白 交错 的板状 条 纹 为 孪 晶 相 图 ， 这 与 文 章 咯 ’ ’ 。 所 得结果 是一致 的 。 但在 少部 分 晶粒 中还存在有垂 直于 轴 的 长 片状 态 见 图 中 区域 。 扫描 电镜 观察未 发现 其它 的 新 相 图 。 ， 小时 时 ， 长 片相布满 全部 观 察视场 ， 而且伴 随 着此 相 的宽 化 ， 连 续和 密度 增 大 。 图 同时扫 描 电镜 观 察还 发现 了 与。 轴方 向 基 本 一 致 的带 状组织 图 中 区所 示 和 晶界析 出相 图 中 区所 示 。 随着 ， 的延 长 ， 这 些胞 状组织 ， 长片相 ， 带 状 组 织 ， 晶界析 出 。 相 的 形 状 、 尺寸数 量都 在 不 断 变 化 。 当 二 小时 ， 片状 相 更加粗 化 ， 个 别 晶粒 内它 的 宽度可 达 卿 睡 图 。 还 发现 随着它 的宽 化 ， 边界变 得弯 曲 ， 而且 内部 也有弯 曲 的条 纹 。 与此 同时带 状组织伸 长 ， 数 量 增 多 ， 晶界析 出相布满 晶界 图 。 我们 用 透 射电镜 研究 了带 状 组织 与其它 微 观组 织 的关系 ， 发现 长 片相和 ， 孪 晶都 不穿 过带 状 组 织 图 选 区 衍射 结果 指示带状 组 织和 晶界析 出相 图 区 具 有相 同 自勺 ， 结构 。 扫描 电镜还 观察 了某 些无 带状组织 的晶粒 图 中 区 ， 其 晶界 上的 析 出相 也比 其

它的晶界上少。这个区域的显微组织是网状组织（图13）x线微区分析指出这个区的成份是 Sm:TM=1:9.5见表1。由成份可推测基体可能是2：17相，网状析出物可能是富FeCo相。 这个区域的形成原因还不清楚。 袋1 微区面扫描结果 元素 区域 Sm Co Cu Ee Zr 有带状组织晶粒 25.796 50.164 7.988 14.672 1.978 无带状 20.784 54.731 5.615 16.784 2.144 图6850℃0.5小时电子显微 图7850℃0.5小时电子显微镜象 镜象，图中黑白交错条纹 A区：片状相末相连区，在胞 为2：17李晶 壁中断B区，在胞内中断 图8a850℃时效2小时.电子 图8b850℃时效3小时电子显 显微镜象 徽镜象 图980℃10小时电子显微镜象 30

它的 晶界 卜少 。 这 个 区 域 的 显微组织 是 网状组织 图 线 微 区 分 析 指 出这 个 区 的 成份 是 见 表 。 由成份可 推 测 基体可 能 是 相 ， 网状 析 出物可 能是富 。 相 。 这 个区域 的形 成原 因还 不清楚 。 表 微 区面 扫描结果 区 域 。 ’ 一 认 ’ 一 ’ ’ 有带 状组织 晶粒 无带状 … 图 ℃ 小 时 电子 显微 镜 象 ， 图中黑 白交错条纹 为 孪晶 图 。 ℃ 。 小 时 电 子 显 微悦 象 区 片状相 末相连 区 ， 在 胞 壁 中断 区 ， 在 胞 内中断 图 ℃ 时效 小 时 电子 显微 镜 象 图 ℃ 时效 小 时 电子 显 微镜 象 图 弓 ℃ 小 时 电子 显微 镜 象

图10a850℃扫描电镜形貌象 图10ht1=2小时，图中： t1=0.5小时 A区中白条为带状组织 B区中白点为晶界析出相 图10ct1=5小时×2500 图10dt:=10小时°×2500 图11a850℃10小时带状组织电镜象 图11b850℃10小时带状组 A区：带状纽织 织电镜象 34

图 ℃ 扫描 电镜形 貌 象 ， 小 时 图 “ 时 ， 图 中 区 中 白条为 带状 组 织 区 中白点为 晶界 析 出相 图 ， 小 时 图 小 时 一 图 ℃ 小 时带状组 织 电镜象 区 带状组 织 图 ℃ 刃 、 时 带状 组 织 电镜 象