Sm(Co,Cu,Fe,Zr)7.4合金在等级时效过程中矫顽力的可逆变化和显微结构

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1982.s1.013 北京铜铁学陕学报 1982年增刊2 Sm(Co,Cu,Fe,Zr)7.4合金在等级时效过程 中矫顽力的可逆变化和显微结构 周寿增王润孙光飞 北京钢铁学院精密合全教研室 陈希成 中国科学院物理研究所 摘 要 用透射电镜，X射线衍射，Kerr磁光效应，磁性涮量的方法研究了Sm(Co,Cu,Fe, Z)7.4合金在等级时效过程中矫顽力的可逆变化和显微组织结构以及畴结构。在第一级时 效后在合金中就形成了胞状组织，胞内是2：17型相，胞壁为1：5型相。在随后降低温度的等 级时效后，虽然矫顽力由2.8KOe提高到5.4KOe,但胞状组织的基本特徽没有变化，娇顽 力随时效温度可逆地变化，轿矫顽力的提高可能与两相畴整能差的增加有关，可以认为笔等级时 效过程主要是由原子扩散的过程来决定的。 引言 2:17型的Sm一Co一Cu一Fe一Zr系永磁合金是目前具有实用意义並且磁能积最高的合 金。该合金系的磁能积(BH)m已达到30~37 MGOe[1,2)。合金用粉末治金方法制造。经 烧结和固溶处理后，通过多级时效处理可获得高娇顽力〔1)，等级时效处理对合金的矫顽力 有十分显著的影响〔3)、一些研究者已对合金时效后的显微组织进行了研究〔4,5,6,11)固溶 处理后合金是单相的，在时效处理时分解为1：5型相和2：17型相。多数研究者认为时效处理 后合金形成胞状的显微组织。胞内是2：17型相，胞壁是1：5型相。然而，对多级时效过程中 显微组织变化的情况以及矫顽力增高的原因等问题目前尚不请楚。本文利用透射电镜，X射 线衍射，Kerr磁光效应和磁性测量的方法研究了Sm(Co,Cu,Fe,Zr)7.4合金在等级时 效过程中矫顽力的变化和显微组织结构以及畴结构。 实验方法与实验结果 样品制备，合金成份为25%Sm,8%Cu,15%Fe,1.5%Zr余为C0(重量百分数)原 -114-

北 京 栩 铁 学 院 学 报 年 增刊 ， ， ， 合金在等级时效过程 中矫顽力的可逆变化和显微结构 周寿增 王 润 孙光飞 北 京钢 饮 学院精密合金教 研 室 陈 希 成 中 国科 学院 物 理 研 究所 摘 要 用 透射电镜 ， 射线衍射 ， 磁 光效应 ， 磁 性测量 的方法研究 了 。 ， ， ， 合金在等 级时效过程 中矫顽力的可逆变化和显微组织 结构 以及畴结构 。 在第一级时 效后在合金 中就形成了胞状组织 ， 胞 内是 型相 ， 胞壁 为 型相 。 在随后降低温度的等 级时效后 ， 虽然娇顽力 由 提高到 ， 但胞状组织的基 本特徽没有变化 ， 矫顽 力随时效温度可逆地变化 ， 矫顽力的提 高可能 与两 相畴壁 能差的增加有关 ， 可 以认为等级时 效过 程主要是 由原子扩散的过 程来决定 的 。 畏 ，轰 巨 型 的 一 。 一 一 。 一 ‘ 系永磁合金是 目前具 有实用意 义韭且磁 能积最 高的合 金 。 该合金 系的磁能积 已达到 〔 ， 〕 。 合金 用粉末冶金方法制造 。 经 烧结和 固溶处理后 ， 通过多级时效处理可获得高矫 顽力〔 〕 ， 等级时效处理对合金的矫顽力 有十分 显著的影响〔 〕 、 一些研究者已对合金时效后的显微组织进行 了研究 ， ， ， 〕 固溶 处理后合金是单相的 ， 在时效处理时分解为 型 相和 型相 。 多数研究 者认为时效处理 后合金形成胞状的显微组织 。 胞 内是 型相 ， 胞 壁是 型相 。 然 而 ， 对 多级时效过程 中 显橄组织 变化的情况 以及矫顽力增高的原因等 问题 目前 尚不清楚 。 本文 利用透 射电镜 ， 射 线 衍射 ， 磁光效应和磁性测量 的方法研究 了 。 ， ， ， 合金在等级时 效过 程 中矫顽力 的 变化和显微组织结构以及畴结构 。 实验方法 与实验结果 样品制备 ， 合金成份为 ， ， ， 余为 。 重量百 分 数 原 一 一 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1982．s1．013

料为纯金属，氢气保护下感应炉治炼，水冷铜模铸锭，[粗破碎至60目，然后振动球磨10~ 14小时，粉末在15KOe磁场下取向，准等静压成型，在真空下1180℃烧结0.5小时，再升温 至1210℃氢气保护下烧结0.5小时，在1180℃氩气保护下固溶处理1小时后在铜板上风冷。其 后等级时效处理，工艺和各级时效后的磁性以及相应的退磁曲线和磁化曲线分别示于表1，图 1,2,3。 表1 等级时效处理工艺和性能 序号 等级时效处理工艺 Br(KGs) Hc(KOe) (BH)m (MGO.) 0 1180℃固溶处理1小时后，风冷 0.5～0.6 ① 830℃0.5hr 11.8 2.8 20.0 ② ①+700℃0.5hr 11.7 4.3 24.0 ③ ②+600℃1hr 11.6 4.8 26.0 ④ ③+500℃2hr 11.5 5.2 27.0 ⑤ ④+400℃10hr 11.8 5.4 28.0 B(KGs> 4πI(KG:) 12 10 HP HP c2 0 (5) @④③② ① 0 2 -6 4 10 H(KQ,) H(KQ.) 图1各级时效处理后的返慰曲线， 图2固寤处厘后(0)830℃时效30分钟 (1)五领时效处理后(5，磁化曲线， 实验结果表明，等级时效过程中合金的剩磁Br基本不变化，而矫顽力Hc从2.8KOe(一 级时效后)提高到5.4KOe(五级时效后)磁能积(BH)m从20提高到28MGOe,其变化十 ·分显著。 为弄请性能变化的原因，我们用透射电镜、X射线衍射，K©rr磁光效应观察了等级时效 一115-

料 为纯 金属 ， 扭气保护下感应护冶炼， 水冷铜模铸键 ， 粗破碎至 ‘ 目 ， 然后振动球磨 小时 ， 粉末在 磁场下取向 ， 准等静压成型 ， 在真空下 。 亡 烧结。 小时 ， 再升沮 至 。 ℃ 盆气保护下烧结。 小时 ， 在 。 ℃ 显气保护下固溶处理 小时后在铜板上风冷 。 其 后等 级时效处理 ， 工艺和各级时效后 的磁 性以及相应的退磁 曲线和磁化曲线分别示于表 ， 图 ， ， 。 表 等 级 时 效 处 理 工 艺 和 性 能 序 号 等 级 时 效 处 理 工 艺 · … · 。 · 。 几甘八跪 … 月匕吕丹︵‘︸一 自曰‘ 吕几月盛吸甘了 … ，曰，工山二孟工，曰月几工占 。 ℃ 固溶处理 小时后 ， 风 冷 ℃ 。 ① ℃ ② ℃ ③ ℃ ④ ℃ 。 。 。 。 。 。 。 ②①③④⑤ 称 叹 甸阳佃海 一 一 点 。 。 图 各 级时 效处 理 后 的退盛 曲线 田 固 洛 处 理 后 亡 时 效 分 钟 五 级 时 效处 理 后 ， 磁 化 曲麟 实 验 结果表 明 ， 等级时效过 程 中合金 的剩磁 基 本不 变化 ， 而矫顽力 ， 从 一 级 时效 后 提 高到 魂 五级时效后 磁 能积 从 提 高到 ， 其变化十 分 显著 。 为弄 清性能变化的原 因 ， 我们 用透射 电镜 、 射线衍 射 ， 磁 光效应观察 了等级时效 一 一

过程中显微组织结构及相应的磁畴结构的变化。 经1180℃固溶处理1小时並风冷后，合金是单相的.（见图4），X射线分析表明，在这一 状态下合金具有2：17型的结构（见图5）。由于六角型和菱型的2：17型相的行射峰十分接近， 所以不能确定是六角型的2：17相还是菱型的2：17相，或者是两相共存。 (B.H) (MKO.) 20 24 20F Br (KGs) 12 BHe (KO:) 图4固溶处理后的电能照片（复型）规察平面 垂直磁杨取向方向，放大倍敷，32,000。 ②③⑤ 图3等级时效过程中磁性能的变化， 惯座标的敢字分别对应于①.②.③.④.回级时效. C2)H 52 40 36 32 图5国溶处瘦后，X射线船射峰 -116-

过程中显微组织结构及相应的磁铸结拘的变化 。 经 。 ℃ 固溶处理 小时业风冷后 ， 合金是单相的 见图 ， 射线分析表明 ， 在这 一 状态下合金具有 型的结构 见图 。 由于六角型和菱型的 型相的衍射峰十分接近 ， 所以不能确定是六角型 的 相还是 菱型的 了相 ， 或者是两相共存 。 刀 一 。 ‘ · 自 】 。 二 。 一 动 尸么 了 一一 飞 一 一刁 奋 冲一 尸 垂 直磁 场 取 向方 向 ， 放大倍致 ， 。 ① ② ⑧ ① ⑤ 目 等 级时 效 过 程 中趁 性自 的变 化 橄 座 标 的徽字 分 别对 应 于 ① ② ⑧ ④ ⑥级 时 效 。 工台忿 国忍 ︶卜份 ，， 沪 砂 亡 ，闷 户翎 配︵忍闪卜一头 渭关卜一 工︵︾ 召公畏︶ 工 留︽的扣甘 、 ，产曰 七， 口闷 门 口闷 一飞厂一一翁一尸号广一一汀一一号 团摘处 理 后 ， 射纽衍封峰 一 一

经一级时效处弹后，合金发生了分解，其显微组织是胞状的（见图6(）)，相应于图 6()的选区电子衍射谱示于图6(b)::电子衍射谱结个暗场象可以推断，胞内是2：17相， 胞壁是1：5相並且两相是共格的。 图7(a)表1经五级时效后的显微组织也是胞状的。图7(b)是相应于图7(a)的选区 电子衍射谱。对比图6(b)和图7(b)表明，经一级时效和五级时汝处理后其衍射谱在中心 斑点附近的衍射班点间距和夹角都是一样的，说明一级时效和五级时效后脱溶相的结构相同 且都是共格的，並且五级时效处理后1：5相和2：17相之间有如下的取向关系： 〔0001)2：17(R)M〔0001)1：5 (1120)2:17(R)W(10T0)1:5 500A 图6(a)一级时效处理后(830℃30分)的透射电能鼠 (b)相应于(a)的选区 片（观桌平面垂直磁场取向的方向）， 电子行射谱。 (b)相应于()的选区电 图7()五级时效处理后的透射电情照片（魂察平面 子衍射讲。 垂直于磁场取向的方向)， -117一

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用K©rr磁光效应观宾了固溶态和阶段时效后的磁畴结构如图8,9,10所示，固溶态和时 效态在未充磁条件下都是多畴体，但磁畴分布是不相同的。 一级时效后和五级时效后的显微组织结构特徵基本相 同，而矫顽力却发生了很大变化。为弄清楚这一异常现象 的原因，我们将经过各级时效处理后的样品放到高一级的 温度进行短时间加热(1~3分钟)，然后再在原级时效温 度进行时效处理，其矫顽力的变化如图11所示，相应的工艺 和性能参数的变化列于表2。 这些实验结果表明合金的矫顽力决定于时效温度，並 且娇顽力随时效温度可逆性地变化。 讨论 图8面停态的晴结构(800×)（鹿 、一寒平面垂直于磁场取向的方向) 实验结果表明，经1180℃固溶处理后，合金是单相的 图9一级时效后的结物(300×)（观察 困10五级时效后的晴结构(800+)（观察平 平面垂直于蓝场取向方向) 面垂直于磁场取向方向) 1:17型结构，尽管在固溶处理状态下观察到位错（见图4），但其矫顽力很低，很容易磁化 至饱和（见图2(0）固溶处理后的磁化曲线)。 固溶处理后在830℃时效30分钟（一级时效，相当于时效早期）合金的矫顽力提高到2.8 KO,这是由于合金发生了两相分解的结果，分解后的显微组织是胞状的（见图6），胞内 是2：17型相，胞壁是1：5型相，两相是共格的。据粗略估计，胞内的直径约500A,胞壁的厚 度约100A,1:5型和2：17型相的体积百分数分别是20%和80%左右。 完成五级时效处理后，合金的娇顽力提高到5.4KO,它几乎是一级时效后的2倍。然而 一级时效处理后和五级时效处理后，合金的显微组织几乎没有变化，不仅相形貌相同，而且 两相的尺寸和相对体积百分数也几乎相同。通常认为2：17型的Sm一Co一Cu一Fe一Zr合金 的矫顽力是组织敏惑的，然而经一级时效后和五级时效后，尽管其娇顽力由2,8KO提高到 5.4KO,但其显微组织却保持不变，因此，有必要进一步探讨矫顽力提高的原因。 -118一

用 磁 光效应观察了固溶态和阶段时效后的磁 畴结构如图 ， ， 所示 ， 固溶态和时 效态在未充磁条件下都是 多畴体 ， 但磁畴分布是 不相 同的 。 一级时效后和五级时效后的显微组织结构特微基 本相 同 ， 而矫顽力却发生了很大变化 。 为弄清楚这 一异常现 象 的 原因 ， 我们将经过各级时效处理后的 样品放到 高一级的 温度进行短时 间加 热 分钟 ， 然后再在原级时效温 度进行时效处理 ， 其矫顽力的 变化如图 所示 ， 相应的 工艺 和性能参数的变化列于表 。 这些实验结果表丽 合金的矫顽力决定于时效温度 ， 韭 且矫 顽力随时效温度可 逆性地变化 。 讨 论 团 协鑫 的璐结构 日 观 里理卫鱼遭迁鱼鱼鱼应 的方之 实 验结果 表明 ， 经 ℃ 固溶处理后 ， 合金 是 单相的 入 困 一 级 时 效后 的璐结构 观 察 平 面 垂 宜 于 磁 场 取 向方 向 图 五 级 时 效后 的礴结构 观 察 平 面 垂 直 于 磁 场 取 向方 向 型结构 ， 尽管在固溶处理状态下观察到位错 见图 ， 但其娇顽力很低 ， 很容易磁 化 至饱 和 ‘见图 固溶处理后的磁化曲线 。 固溶处理后在 加 ℃ 时效 分钟 一级时效 ， 相 当于时效早期 合金的矫顽力提高到 ， 这是 由于合金 发生 了两相分解的结 果 ， 分解后的 显微组织是 胞状的 见图的 ， 胞内 是 型相 ， 胞 壁是 型相 ， 两相是 共格的 。 据粗略 估计 ， 胞 内的直径约 入 ， 胞壁的厚 度 约 ， 型和 型相的 体积百 分 数分别是 和 左 右 。 完成 五级时效处理后 ， 合 金的矫顽力提 高到 ， 它几乎是 一级时效后的 倍 。 然而 一级时 效处理后和 五级时效处理后 ， 合金的 显微组织 几乎没 有变 化 ， 不仅相形貌相 同 ， 而且 两相的尺 寸和相对体积百分 数也几乎相 同 。 通常 认为 ， 型的 一 一 一 一 合金 的 矫 顽力是组织 敏感的 ， 然 而经 一级时 效后和 五级时效后 ， 尽 管其矫顽 力 由 提 高到 ， 但其显微组织 却保 持 不变 ， 因此 ， 有 必要进一步探讨矫顽力提 高的 原 因 。 一 一