D0I:10.13374/i.issnl00113.2007.05.008 第29卷第5期 北京科技大学学报 Vol.29 No.5 2007年5月 Journal of University of Science and Technology Beijing My2007 氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr)z永磁体性能和 显微组织的影响 田建军张深根曲选辉陶斯武崔大伟 北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要研究了氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体性能的影响，并借助SEM、EDS和TEM等方法分析了永磁体的显微组织变 化，讨论了影响磁体性能的原因.结果表明：在氧含量不高时（质量分数<0.32%）对磁性能的影响不明显，永磁体具有良好的 磁性能：在0.32%~0.4%时，随氧含量的增加磁性能开始下降：氧含量大于0.4%后，磁性能急剧恶化：当大于0.7%后，磁性 能基本消失·随着氧含量的增加，磁体的晶粒尺寸减小，以Sm203为主的白色析出物增多.非磁性相的增多和有效Sm含量的 减少是影响磁性能的主要原因， 关键词永磁体；磁性能；氧化：显微组织：氧化钐 分类号TF125.8:TM273 Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体具有较高的饱和 均匀的饱覆在粉末的表面，然后在100~200℃下进 磁化强度、磁晶各向异性，较好的工作稳定性和耐腐 行注射成形，再进行脱脂和烧结，在整个工艺过程 蚀性等，在国民经济和军事国防中起着非常重要的 中，每个环节都易使Sm(Co,Fe,Cu,Zr):合金粉 作用).20世纪80年代高性能Nd Fe-B永磁材 末发生氧化.因此，研究氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr): 料的出现，使SmCo基永磁体的地位受到剧烈冲 永磁体性能和组织的影响，对注射成形工艺制备 击，相关的研究和应用也陷入低谷.1995年美国国 SmCo基烧结永磁体的开发和应用具有比较重要 防部提出需要一种工作温度在400℃以上的永磁材 的指导意义， 料，从而掀起了一个高温永磁体的研究热潮3]. Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体的饱和磁化强度和居 1实验 里温度较高，是目前最具潜力的高温永磁体，也是当 1.1氧化实验 今国内外研究的热点] 采用工业纯Sm、Co、Cu、Fe和Zr为原料，在中 Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁材料的缺点之一就 频感应炉中进行熔炼制备成铸态合金，合金成分（质 是脆性很高，不易于加工，尤其是小型精密零件的加 量分数)为：Sm26%,Co53%,Fe12.8%,Cu5.3% 工更加困难，成本很高，传统的制备工艺很难克服 和Zr2.9%.铸态合金先经过破碎，然后在航空汽 这些缺点，而金属注射成形技术(MIM)就能很好的 油保护下进行滚动球磨，球磨4h后，平均粒度为 解决这方面的问题，金属注射成形是从塑料工业引 3~6凸m,粉末的形状为不规则多角状，合金粉末在 入粉末治金中的一种新型的近净形成形技术，是传 高温下会迅速氧化，在常温下的氧化取决于空气的 统粉末冶金与现代注塑成形相结合而形成的同.将 湿度，因而将粉末浸入纯净水中进行氧化实验，把氧 MIM用于制备烧结的Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁 化不同时间的粉末在真空中干燥，然后采用粉末冶 体的研究较少，鲜见报道.MIM制备烧结的SmCo 金的方法制备成烧结永磁体，测试永磁体的氧含量， 基永磁体的研究存在许多问题，其中之一是工艺过 1.2烧结和时效处理 程中合金粉末的氧化问题，MIM工艺首先将合金 把粉末在磁场下压制成型，然后在高纯氩气下 粉末与有机粘结剂在100~150℃下混炼，使粘结剂 进行烧结和时效处理.烧结温度为1220℃，时间 收稿日期：2006-01-15修回日期：2006-04-07 70min;在1175℃下固溶处理120min,然后快速冷 基金项目：高等学校博士学科点专项基金资助项目(N 却到室温，形成过饱和固溶体；再把这种固溶体在 20040008015) 850℃下等温时效8h后，以0.7℃min缓慢冷却 作者简介：田建军(1977一)，男，讲师，博士：曲选辉(1960一)，男， 教授，博士生导师 至400℃，出炉风冷，得到最终的永磁体
氧对 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体性能和 显微组织的影响 田建军 张深根 曲选辉 陶斯武 崔大伟 北京科技大学材料科学与工程学院北京100083 摘 要 研究了氧对 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体性能的影响并借助 SEM、EDS 和 T EM 等方法分析了永磁体的显微组织变 化讨论了影响磁体性能的原因．结果表明：在氧含量不高时（质量分数＜0∙32％）对磁性能的影响不明显永磁体具有良好的 磁性能；在0∙32％～0∙4％时随氧含量的增加磁性能开始下降；氧含量大于0∙4％后磁性能急剧恶化；当大于0∙7％后磁性 能基本消失．随着氧含量的增加磁体的晶粒尺寸减小以 Sm2O3 为主的白色析出物增多．非磁性相的增多和有效 Sm 含量的 减少是影响磁性能的主要原因． 关键词 永磁体；磁性能；氧化；显微组织；氧化钐 分类号 TF125∙8；T M273 收稿日期：2006-01-15 修回日期：2006-04-07 基金项目：高等 学 校 博 士 学 科 点 专 项 基 金 资 助 项 目 （ No． 20040008015） 作者简介：田建军（1977—）男讲师博士；曲选辉（1960—）男 教授博士生导师 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体具有较高的饱和 磁化强度、磁晶各向异性较好的工作稳定性和耐腐 蚀性等在国民经济和军事国防中起着非常重要的 作用［1—2］．20世纪80年代高性能 Nd—Fe—B 永磁材 料的出现使 Sm—Co 基永磁体的地位受到剧烈冲 击相关的研究和应用也陷入低谷．1995年美国国 防部提出需要一种工作温度在400℃以上的永磁材 料从而掀起了一个高温永磁体的研究热潮［3—4］． Sm（CoFeCuZr）z 永磁体的饱和磁化强度和居 里温度较高是目前最具潜力的高温永磁体也是当 今国内外研究的热点［5］． Sm（CoFeCuZr）z 永磁材料的缺点之一就 是脆性很高不易于加工尤其是小型精密零件的加 工更加困难成本很高．传统的制备工艺很难克服 这些缺点而金属注射成形技术（MIM）就能很好的 解决这方面的问题．金属注射成形是从塑料工业引 入粉末冶金中的一种新型的近净形成形技术是传 统粉末冶金与现代注塑成形相结合而形成的［5］．将 MIM 用于制备烧结的 Sm（CoFeCuZr）z 永磁 体的研究较少鲜见报道．MIM 制备烧结的 Sm—Co 基永磁体的研究存在许多问题其中之一是工艺过 程中合金粉末的氧化问题．MIM 工艺首先将合金 粉末与有机粘结剂在100～150℃下混炼使粘结剂 均匀的饱覆在粉末的表面然后在100～200℃下进 行注射成形再进行脱脂和烧结．在整个工艺过程 中每个环节都易使 Sm（CoFeCuZr）z 合金粉 末发生氧化．因此研究氧对 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体性能和组织的影响对注射成形工艺制备 Sm—Co 基烧结永磁体的开发和应用具有比较重要 的指导意义． 1 实验 1∙1 氧化实验 采用工业纯 Sm、Co、Cu、Fe 和 Zr 为原料在中 频感应炉中进行熔炼制备成铸态合金合金成分（质 量分数）为：Sm26％Co53％Fe12∙8％Cu5∙3％ 和 Zr2∙9％．铸态合金先经过破碎然后在航空汽 油保护下进行滚动球磨球磨4h 后平均粒度为 3～6μm粉末的形状为不规则多角状．合金粉末在 高温下会迅速氧化在常温下的氧化取决于空气的 湿度因而将粉末浸入纯净水中进行氧化实验把氧 化不同时间的粉末在真空中干燥然后采用粉末冶 金的方法制备成烧结永磁体测试永磁体的氧含量． 1∙2 烧结和时效处理 把粉末在磁场下压制成型然后在高纯氩气下 进行烧结和时效处理．烧结温度为1220℃时间 70min；在1175℃下固溶处理120min然后快速冷 却到室温形成过饱和固溶体；再把这种固溶体在 850℃下等温时效8h 后以0∙7℃·min —1缓慢冷却 至400℃出炉风冷得到最终的永磁体． 第29卷 第5期 2007年 5月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．5 May2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．05．008
480 北京科技大学学报 第29卷 1.3性能分析和组织观察 大致分为三个阶段：在氧含量不高时(0.22%~ 采用NI一200C型磁滞回线测量仪对永磁体 0.32%),对磁性能的影响不明显，永磁体一直保持 的磁性能进行测试；采用Cambridge stereoscan360 很好的性能，H。>2120kAm-1,(BH)m>210kJ· 型扫描电镜和H一8O0型透射电镜对磁体的显微组 m-3;氧含量大于0.32%后，磁性能开始明显下降， 织进行观察，并利用EDS分析不同相的组成 但是最大磁能积(BH)mx仍然在160km-3以上； 2实验结果 氧含量大于0.4%，磁性能急剧恶化；达到0.7%后， 永磁体的磁性能非常低.氧对磁性能各个指标的影 2.1粉末的氧化 响不同，对内禀矫顽力H。的影响明显大于剩磁B 在室温下，将Sm(Co,Fe,Cu,Zr):合金粉末 和最大磁能积(BH)mm:尤其大于0.32%后，Hg下 分别放置于纯净水和空气中，不同时间后取出，进行 降的非常严重，实验证明要得到性能良好的永磁 真空干燥，并制备成烧结永磁体，通过分析永磁体氧 体，必须要将氧含量控制在0.4%以内 含量（用质量分数表示，下文同）的变化来考查粉末 表1氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体性能的影响 的氧化情况，实验结果如图1所示，结果表明，合金 Table 1 Effects of oxygen content on the magnetic properties of Sm 粉末在空气中的氧化并不严重，而在水中的氧化就 (Co.Fe,Cu,Zr):permanent magnets 非常明显，60min后，磁体的氧含量达到0.4%以 氧质量 Ho/ (BH)/ 上，这是因为合金中C0元素含量较高，使合金的抗 样品 B/T 分数/% (kA'm-1) (kJ'm-3) 氧化性能得到改善，合金细磨成粉末后，表面活性提 XO 0.22 1.07 >2120 218 高，促进了Sm、Fe等元素的氧化，但是在干燥的空 X1 0.27 1.08 >2120 218 气中短暂停留不会有明显的影响，而当空气湿度较 X2 0.32 1.02 >2120 216 大，或在水中时，粉末表面形成原电池，促使合金元 X3 0.38 0.94 1194 177 0.73 素发生了氧化反应，因此，在永磁体制备过程中，希 X4 0.52 716 9盼 X5 0.70 0.62 182 21 望空气的湿度越小越好 2.3显微组织的变化 0.7 ◆一在水中 一△一空气中 图2是不同氧含量永磁体的SEM照片，可以 0.6 看出，随着氧含量的增加，晶粒组织的尺寸减小，白 0.5 色物质增多，这种白色物质主要是分布于晶界附近， 0.4 对图中白色的物质进行EDS分析（如图3所示），发 0.3 现其组成主要以Sm元素为主，其他成分非常少，基 0.2 本上能确定这种物质是Sm的氧化物，Sm与氧结合 0 60120180240300360 形成Sm203,当粉末被氧化时，颗粒表面的Sm元素 氧化时间/min 被氧化成Sm203,Sm203的熔点较高，所以在烧结过 图1合金粉末的氧化实验结果 程中分布在颗粒周围的这些氧化物阻止了晶粒的长 Fig.1 Oxidation experimental results of alloy powder 大.同时氧化物的增多也抑制了成分的扩散，成分 2.2永磁体的性能 不均匀.总之，氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体组 对上述不同氧含量的永磁体进行磁性能测试， 织的影响主要体现在Sm元素被氧化，Sm2O3增多， 其结果如表1所示，结果表明，氧对磁性能的影响 晶粒尺寸减小 b 图2氧对永磁体显微组织的影响.(a)试样X0:(b)试样X3:(c)试样X4 Fig.2 Effect of oxygen on the microstructure of magnets:(a)Sample X0:(b)Sample X3:(c)Sample X4
1∙3 性能分析和组织观察 采用 NIM—200C 型磁滞回线测量仪对永磁体 的磁性能进行测试；采用 Cambridge stereoscan360 型扫描电镜和 H—800型透射电镜对磁体的显微组 织进行观察并利用 EDS 分析不同相的组成． 2 实验结果 2∙1 粉末的氧化 在室温下将 Sm（CoFeCuZr）z 合金粉末 分别放置于纯净水和空气中不同时间后取出进行 真空干燥并制备成烧结永磁体通过分析永磁体氧 含量（用质量分数表示下文同）的变化来考查粉末 的氧化情况实验结果如图1所示．结果表明合金 粉末在空气中的氧化并不严重而在水中的氧化就 非常明显60min 后磁体的氧含量达到0∙4％以 上．这是因为合金中 Co 元素含量较高使合金的抗 氧化性能得到改善合金细磨成粉末后表面活性提 高促进了 Sm、Fe 等元素的氧化但是在干燥的空 气中短暂停留不会有明显的影响而当空气湿度较 大或在水中时粉末表面形成原电池促使合金元 素发生了氧化反应．因此在永磁体制备过程中希 望空气的湿度越小越好． 图1 合金粉末的氧化实验结果 Fig．1 Oxidation experimental results of alloy powder 2∙2 永磁体的性能 对上述不同氧含量的永磁体进行磁性能测试 其结果如表1所示．结果表明 氧对磁性能的影响 大致分为三个阶段：在氧含量不高时（0∙22％ ～ 0∙32％）对磁性能的影响不明显永磁体一直保持 很好的性能Hcj＞2120kA·m —1（BH）max＞210kJ· m —3 ；氧含量大于0∙32％后磁性能开始明显下降 但是最大磁能积（ BH）max仍然在160kJ·m —3以上； 氧含量大于0∙4％磁性能急剧恶化；达到0∙7％后 永磁体的磁性能非常低．氧对磁性能各个指标的影 响不同对内禀矫顽力 Hcj的影响明显大于剩磁 Br 和最大磁能积（ BH）max；尤其大于0∙32％后Hcj下 降的非常严重．实验证明要得到性能良好的永磁 体必须要将氧含量控制在0∙4％以内． 表1 氧对 Sm（CoFeCuZr） z 永磁体性能的影响 Table1 Effects of oxygen content on the magnetic properties of Sm （CoFeCuZr） z permanent magnets 样品 氧质量 分数／％ Br／T Hc／j （kA·m —1） （ BH）max／ （kJ·m —3） X0 0∙22 1∙07 ＞2120 218 X1 0∙27 1∙08 ＞2120 218 X2 0∙32 1∙02 ＞2120 216 X3 0∙38 0∙94 1194 177 X4 0∙52 0∙73 716 95 X5 0∙70 0∙62 182 21 2∙3 显微组织的变化 图2是不同氧含量永磁体的 SEM 照片．可以 看出随着氧含量的增加晶粒组织的尺寸减小白 色物质增多这种白色物质主要是分布于晶界附近． 对图中白色的物质进行 EDS 分析（如图3所示）发 现其组成主要以 Sm 元素为主其他成分非常少基 本上能确定这种物质是 Sm 的氧化物Sm 与氧结合 形成Sm2O3．当粉末被氧化时颗粒表面的Sm 元素 被氧化成 Sm2O3Sm2O3 的熔点较高所以在烧结过 程中分布在颗粒周围的这些氧化物阻止了晶粒的长 大．同时氧化物的增多也抑制了成分的扩散成分 不均匀．总之氧对Sm（CoFeCuZr）z 永磁体组 织的影响主要体现在 Sm 元素被氧化Sm2O3 增多 晶粒尺寸减小． 图2 氧对永磁体显微组织的影响．（a） 试样 X0；（b） 试样 X3；（c） 试样 X4 Fig．2 Effect of oxygen on the microstructure of magnets： （a） Sample X0；（b） Sample X3；（c） Sample X4 ·480· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷
第5期 田建军等：氧对Sm(Co,Fe,C,Zr):永磁体性能和显微组织的影响 .481. 响的原因，首先对永磁体的微观结构和磁性能形成 2400上 机理进行分析，Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体的显 2000 微组织呈现胞状，如图4所示（试样X0的显微形 1600 差1200 貌)，胞内是Th2Zn17结构的2：17相，它是磁体高饱 和磁化强度的主要来源；胞壁是富Cu的1：5相， 800 400 其结构为CaCu5,1:5相对磁畴的钉扎作用形成了永 0 Fe 磁体的矫顽力[-].这种胞状组织在时效处理过程 0 3.554 7,108 10.661 E/keV 中形成，随着时效的进行，磁体中逐渐析出1：5相， 形成这种胞状的显微组织，这个过程也是矫顽力显 图3在图2中白色物相的EDS能谱 Fig-3 EDS spectrum of white phase in Fig-2 著增加的过程，矫顽力的大小主要取决于1：5胞壁 相对磁畴钉扎作用的强弱， 3 讨论 通过实验结果分析知道，氧在Sm(Co,Fe,Cu, Zr):永磁体中的行为主要体现在Sm元素的氧化 解释氧对Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体性能影 按Sm203分子式计算，每增加1%的氧就消耗 图4试样X0的TEM照片(a)和衍射光斑(b) Fig.4 TEM micrograph (a)and diffraction pattern(b)of sample X0 6.27%的Sm·研究认为[1，Sm含量直接影响永 式中，A为正向畴的体积分数，cos0为取向因子，3 磁体中各相的比率，Sm含量的降低会减少1：5胞 为非磁性相的体积分数，D为相对密度，为磁导 壁相，减弱了1：5相对磁畴的钉扎作用，矫顽力H。 率，M,为饱和磁化强度，因此，随着氧含量的增加， 下降；但是适当降低Sm含量，胞状组织的尺寸变 非磁性相Sm2O3增多，B值升高，B.和(BH)mx开 大，磁畴波动的阻力增加，H。又会升高，因此，Sm 始下降，在氧含量不高时，虽然B,有所降低，但是 含量对H具有两种相反的作用，也是造成随着氧 对于胞状组织的影响不明显，而且H。比较高，所以 含量增加H出现不同变化趋势的原因，在氧含量 (BH)mx变化并不大；氧含量继续升高，非磁性相的 不高时，由于上述两种作用H对氧的变化并不敏 体积含量明显增加，B,和(BH)m开始显著下降. 感；当氧含量大于0.32%后，随着氧含量的增加有 因此，非磁性相Smz03的增多和有效Sm含量 效Sm的含量明显减少，1：5相显著下降，此时胞状 组织也由于变得粗大被逐渐破坏，因此矫顽力下降 的减少是影响Sm(Co,Fe,Cu,Zr):永磁体磁性能 十分显著；氧含量继续增加到一定量时(>0.7%)， 的主要原因 组织严重恶化，矫顽力基本消失， 4结论 随着氧含量增加，剩磁B和最大磁能积 (BH)ma逐渐下降，这是因为B.和(BH)mx主要由 (l)Sm(Co,Fe,Cu,Zr):合金粉末在空气中 下式决定[12] 短时期的氧化不明显；在水中时氧化非常明显， B:=A cos 0(1-B)Duo Ms (1) 60min后，烧结磁体的氧含量达到0.4%以上， (BH)A cos(Du (2)氧对磁性能的影响大致分为三个阶段：氧 (2) 含量不高时(0.22%~0.32%)，对磁性能的影响不
图3 在图2中白色物相的 EDS 能谱 Fig．3 EDS spectrum of white phase in Fig．2 3 讨论 解释氧对 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体性能影 响的原因首先对永磁体的微观结构和磁性能形成 机理进行分析．Sm（CoFeCuZr）z 永磁体的显 微组织呈现胞状如图4所示（试样 X0的显微形 貌）．胞内是 Th2Zn17结构的2∶17相它是磁体高饱 和磁化强度的主要来源［7］；胞壁是富 Cu 的1∶5相 其结构为CaCu51∶5相对磁畴的钉扎作用形成了永 磁体的矫顽力［7—8］．这种胞状组织在时效处理过程 中形成随着时效的进行磁体中逐渐析出1∶5相 形成这种胞状的显微组织这个过程也是矫顽力显 著增加的过程矫顽力的大小主要取决于1∶5胞壁 相对磁畴钉扎作用的强弱． 通过实验结果分析知道氧在 Sm（CoFeCu Zr）z 永磁体中的行为主要体现在 Sm 元素的氧化． 按 Sm2O3分 子 式 计 算 每 增 加1％ 的 氧 就 消 耗 图4 试样 X0的 TEM 照片（a）和衍射光斑（b） Fig．4 TEM micrograph （a） and diffraction pattern （b） of sample X0 6∙27％的 Sm．研究认为［8—11］Sm 含量直接影响永 磁体中各相的比率Sm 含量的降低会减少1∶5胞 壁相减弱了1∶5相对磁畴的钉扎作用矫顽力 Hcj 下降；但是适当降低 Sm 含量胞状组织的尺寸变 大磁畴波动的阻力增加Hcj又会升高．因此Sm 含量对 Hcj具有两种相反的作用也是造成随着氧 含量增加 Hcj出现不同变化趋势的原因．在氧含量 不高时由于上述两种作用 Hcj对氧的变化并不敏 感；当氧含量大于0∙32％后随着氧含量的增加有 效 Sm 的含量明显减少1∶5相显著下降此时胞状 组织也由于变得粗大被逐渐破坏因此矫顽力下降 十分显著；氧含量继续增加到一定量时（＞0∙7％） 组织严重恶化矫顽力基本消失． 随着 氧 含 量 增 加剩 磁 Br 和 最 大 磁 能 积 （BH）max逐渐下降这是因为 Br 和（ BH）max主要由 下式决定［12］： Br＝ A cosθ（1—β） Du0Ms （1） （BH）max＝ 1 4 A 2cosθ2（1—β） 2D 2u 2 0M 2 s （2） 式中A 为正向畴的体积分数cosθ为取向因子β 为非磁性相的体积分数D 为相对密度μ0 为磁导 率Ms 为饱和磁化强度．因此随着氧含量的增加 非磁性相 Sm2O3 增多β值升高Br 和（ BH）max 开 始下降在氧含量不高时虽然 Br 有所降低但是 对于胞状组织的影响不明显而且 Hcj比较高所以 （BH）max变化并不大；氧含量继续升高非磁性相的 体积含量明显增加Br 和（BH）max开始显著下降． 因此非磁性相 Sm2O3 的增多和有效 Sm 含量 的减少是影响 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体磁性能 的主要原因． 4 结论 （1） Sm（CoFeCuZr）z 合金粉末在空气中 短时期的氧化不明显；在水中时氧化非常明显 60min后烧结磁体的氧含量达到0∙4％以上． （2） 氧对磁性能的影响大致分为三个阶段：氧 含量不高时（0∙22％～0∙32％）对磁性能的影响不 第5期 田建军等： 氧对 Sm（CoFeCuZr）z 永磁体性能和显微组织的影响 ·481·
.482 北京科技大学学报 第29卷 明显，永磁体一直保持很好的性能；氧含量大于 pendence of coercivity in rare earth cobalt magnets.J Magn Magn 0.32%后，磁性能开始明显下降，但是(BH)max仍然 Mter.2002.242/245:1335 [5]Liu J F,Ding Y,Zhang Y,et al.New rare earth permanent mag" 在160kJm-3以上；而氧含量大于0.4%，磁性能急 nets with an intrinsic coercivity of 10kOe at 550C.J Appl Phys, 剧恶化；达到0.7%后，磁性能几乎消失 1999,85(8):5660 (3)随着氧含量增加，Sm的氧化物Sm203增 [6]曲选辉，颜寒松，黄伯云·金属粉末注射成形粘结剂的发展. 多，晶粒尺寸变小，晶界处的白色析出物增多， 粉末冶金技术.1997,15(1)：61 (4)氧对矫顽力H。的影响，主要体现在有效 [7]Kronmller H.Groll D.Micromagnetic theory of the pinning of domain walls at phase boundaries.Phys B.2002,319:122 Sm含量的变化；氧对B.和(BH)mr的影响体现在 [8]Liu JF.Zhang Y.Dimitrov D.et al.Microstructure and high tem- 非磁性相体积分数B的增加，随着氧含量增加， perature magnetic properties of Sm(Co,Cu.Fe.Zr):(-6.7~ Sm2O3增多，B值加大，B.和(BH)max减小. 9.1)permanent magnets.J Appl Phys.1999.85(5):2800 [9]Sam L.Potts G.Doyle G.et al.Effect of value on high tempera- 参考文献 ture performance of Sm(Co.Fe,Cu.Zr):with ==7.14~-8.10. [1]Tang W.Zhang Y,Hadjipanayis G C.et al.Microstructure and IEEE Trans Magn.2000.36(5):3297 magnetic properties of Sm (Com Fe,Cuo.12 Zro.)7.0.J Magn [10]Zhang Y.Corte-Real M.Hadjipanayis GC.et al.Magnetic hard- ag-Mater,2000(221):268 ening studies in sintered Sm(Co.Cu Fe.Zr):2:17 high tem- [2]田建车，陶斯武，张深根，等.Sm2(CoCuFeZr)17永磁材料的研 perature magnets.J Appl Phys.2000.87(9):6722 究现状及展望.材料导报，2005,19(4)：89 [11]Schobinger D.Gutfleisch O.Hinz D,et al.High temperature [3]Walmer M S.Chen C H.A new class of Sm-TM magnets for op- magnetic properties of 2:17 Sm-Co magnets.J Magn Magn erating temperatures up to 550 degrees Celsius.IEEE Trans Mater,2002,242/245,1347 agn,2000,36(5).3376 [12]周寿增，稀土永磁材料及其应用，北京：冶金工业出版社， [4]Tang W.Zhang Y,Gabay A M,et al.Anomalous temperature de- 1995:15 Effects of oxygen on the microstructure and magnetic properties of Sm(Co,Fe, Cu,Zr):permanent magnets TIA N Jianjun,ZHA NG Shengen,Qu Xuanhui,TAO Siwu,CUI Dawei Materials Science and Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China ABSTRACI The effects of oxygen on the magnetic properties of Sm(Co,Fe,Cu,Zr):permanent magnets were studied.SEM,EDS and TEM approaches were used to analyze the microstructure of the permanent mag nets.The factors that affect the magnetic properties were discussed.The results indicate that the magnetic prop- erties remain excellent and are not affected when the oxygen content is less than 0.32 in mass fraction.The magnetic properties begin to decrease when the oxygen content is between 0.32%and 0.4.evidently deterio- rate when the oxygen content is above 0.4%,and almost vanish when the oxygen content is more than 0.7. The particle size of the magnets decreases while more Sm203 begins to separate from the magnets gradually.The main factors that affect the magnetic properties are the increase of non magnetism phase and the decrease of the useful Sm content of the magnets. KEY WORDS permanent magnets;magnetic properties;oxidation;microstructure;samarium oxide
明显永磁体一直保持很好的性能；氧含量大于 0∙32％后磁性能开始明显下降但是（ BH）max仍然 在160kJ·m —3以上；而氧含量大于0∙4％磁性能急 剧恶化；达到0∙7％后磁性能几乎消失． （3） 随着氧含量增加Sm 的氧化物 Sm2O3 增 多晶粒尺寸变小晶界处的白色析出物增多． （4） 氧对矫顽力 Hcj的影响主要体现在有效 Sm 含量的变化；氧对 Br 和（ BH）max的影响体现在 非磁性相体积分数 β的增加随着氧含量增加 Sm2O3 增多β值加大Br 和（BH）max减小． 参 考 文 献 ［1］ Tang WZhang YHadjipanayis G Cet al．Microstructure and magnetic properties of Sm （Cobal Fe x Cu0∙128 Zr0∙02）7∙0．J Magn Magn Mater2000（221）：268 ［2］ 田建军陶斯武张深根等．Sm2（CoCuFeZr）17永磁材料的研 究现状及展望．材料导报200519（4）：89 ［3］ Walmer M SChen C H．A new class of Sm-T M magnets for operating temperatures up to 550 degrees Celsius．IEEE Trans Magn200036（5）：3376 ［4］ Tang WZhang YGabay A Met al．Anomalous temperature dependence of coercivity in rare earth cobalt magnets．J Magn Magn Mater2002242／245：1335 ［5］ Liu J FDing YZhang Yet al．New rare-earth permanent magnets with an intrinsic coercivity of10kOe at550℃．J Appl Phys 199985（8）：5660 ［6］ 曲选辉颜寒松黄伯云．金属粉末注射成形粘结剂的发展． 粉末冶金技术199715（1）：61 ［7］ Kronmüller HGroll D．Micromagnetic theory of the pinning of domain walls at phase boundaries．Phys B2002319：122 ［8］ Liu J FZhang YDimitrov Det al．Microstructure and high temperature magnetic properties of Sm（CoCuFeZr） z（ z ＝6∙7～ 9∙1） permanent magnets．J Appl Phys199985（5）：2800 ［9］ Sam LPotts GDoyle Get al．Effect of z value on high temperature performance of Sm（CoFeCuZr） z with z ＝7∙14～8∙10． IEEE Trans Magn200036（5）：3297 ［10］ Zhang YCorte-Real MHadjipanayis G Cet al．Magnetic hardening studies in sintered Sm（CoCu xFeZr） z2∶17high temperature magnets．J Appl Phys200087（9）：6722 ［11］ Schobinger DGutfleisch OHinz Det al．High temperature magnetic properties of 2∶17 Sm—Co magnets．J Magn Magn Mater2002242／245：1347 ［12］ 周寿增．稀土永磁材料及其应用．北京：冶金工业出版社 1995：15 Effects of oxygen on the microstructure and magnetic properties of Sm （CoFe CuZr）z permanent magnets TIA N JianjunZHA NG ShengenQu XuanhuiTAO Siw uCUI Dawei Materials Science and Engineering SchoolUniversity of Science and Technology BeijingBeijing100083China ABSTRACT The effects of oxygen on the magnetic properties of Sm （CoFeCuZr）z permanent magnets were studied．SEMEDS and TEM approaches were used to analyze the microstructure of the permanent magnets．The factors that affect the magnetic properties were discussed．The results indicate that the magnetic properties remain excellent and are not affected when the oxygen content is less than0∙32％ in mass fraction．The magnetic properties begin to decrease when the oxygen content is between0∙32％ and0∙4％evidently deteriorate when the oxygen content is above0∙4％and almost vanish when the oxygen content is more than0∙7％． The particle size of the magnets decreases while more Sm2O3begins to separate from the magnets gradually．The main factors that affect the magnetic properties are the increase of non-magnetism phase and the decrease of the useful Sm content of the magnets． KEY WORDS permanent magnets；magnetic properties；oxidation；microstructure；samarium oxide ·482· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷