高矫顽力Sm（Co、Cu、Fe、Zr）7.4合金的组织和Hc.pdf_大学文库

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

(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

01m 图12850℃10小时晶粒边界电镜照片图13195的网状区域电子图中A区为晶界析出相显徽图形本文曾设想是否由于长时间时效，长片状相和带状组织出现，引起晶格应力场，造成畴壁座落位置的变化。为此，对t:=0.5和10小时两种状态的样品做了x线衍射，选取R2:17的 (200)和(111)晶面的衍射峰进行应力分析。结果与预想相反，长时间时效后，应力反而下降。四、讨论析出硬化型2：17永磁合金的Hc是由晦壁与随热处理而发胺起来的微观结构的相互作用决定的。因此，高矫顽力状态下所所表现出来的高矫顽力行为和碳化出线类的变化与这个状态下出现的各种微观结构有着密切的联系。与低Hc状态比较，高Hc状态在微观结构上的主要特点是在低Hc状态下胞状组织的基础上又出现了长片状相、带状组织和晶界析出相，同时伴随着磁化前后的磁畴状态的改变。本文着重讨论这些新相对畴壁产生的可能作用。至于这些相的形成原因，将在以后的文章中讨论。长片状有的作者已做了一些讨论J.Fidler t1和L.Raben berg[s]等人认为它是R2:l7 中的谁垛层错，但Mishra t1等人将合金在850℃时效100小时，得到长大的长片相，进行结构和成份分析指出它具有与SmCo3类似的结构，而且成份上富Cu、Zr因此称它为“Z” 相。从我们的实验结果分析它可能起源干R2:17中的堆垛层错，逐渐这些层错通过位错移动连成长带，图7中AB两区域可看到层错尚未连在-起的情况。它的长大可能是C“、Zr原子不断向层错聚集而产生的。长大的结果生成SmS03结构似平是很难理解的，因我们所研究合金是Sm(TM),·4。但考虑到Zr原子半径在Sm与Co、Fe之间，那么，Zr进入该相补充一部分Sm的不足，从而形成富Zr、Cu的具有SmCo,结构的相不是没有可能的。从图9长时间时效，长片状边界变得弯曲（图9）这一事实看，好象这时它已失去了单纯层错的特征。尽管这种长片相或称“Z”相在数量上是很多的，但它们都垂直于c轴和畴壁，因此对 Hc的直接贡献不会很大。对H。有直接贡献的有可能是基本平行于℃轴的带状组织和晶界析出相。选区衍射结果指出二者具有相同的1t5结构，从图11.a.b看带状组织和周围组织有下述关系，首先它的方向与胞壁方向-一致（图11.a),其次它的出现并未破坏了它周围的基体，由图11.b看出它周围的胞内孪晶仍然完整存在。从这两个角度看，它不象是新的析出相，而是某些胞壁的择优长大或 32

图。 ℃ 小时晶粒边界电镜照片图中区为晶界析出相图，的网状区域电子显微图形木文曾设想是否由于长时间时效，长片状相和带状组织出现，引起晶格应力场，造成畴壁座落位置的变化。为此，对，和，、时两种状态的样品做了线衍射，选取的和晶面的衍射峰进行应力分析。结果与预想相反，长时间时一效后，应力反而一卜一哗 “ 四、讨论析出硬化型永磁合金的。是由畴壁与随热处理而发展起来的微观结构的相互作用决定的。因此，高矫顽力状态下所所表现出来的高矫顽力行为和磁化由线类互 ‘ 的变化与这个状态下出现的各种微观结构有着密切的联系。与低。状态比较，高。状态在微观结构上的主要特点是在低。状态下胞状组织的基础于几又出现了长片状相、带状组织和晶界析出相，同时伴随着磁化前后的磁畴状态的改变。本文着重讨论这些新相对畴壁产生的可能作用。至于这些相的形成原因，将在以后的文章中讨论。长片状有的作者已做一些讨论毛和 “ 等人认为它是，中的堆垛层错，但 ‘ 等人将合金在 ℃ 时效小时，得到长大的长片相，进行结构和成份分析指出它具有与。类似的结构，而且成份上富、因此称它为 “ ” 相。从我们的实验结果分析它可能起源干中的堆垛层错，逐惭这些层错通过位错移动连成长带，图中两区域可看到层错尚未连在一起的情况。它的一长大可能是、原子不断向层错聚集而产生的。长大的结果生成结构似乎是很难理解的，因我们所研究合金是 ‘ 。但考虑到原子半径在与、之间，那么，进入该相补充一部分的不足，从而形成富、的具有结构的相不是没有可能的。从图长时间时效，长片状边界变得弯曲图这一事实看，好象这时它已失去了单纯层错的特征。尽管这种长片相或称 “ ” 相在数量上是很多的，但它们都垂直于轴和畴壁，因此对。的直接贡献不会很大。对。有直接贡献的有可能是某本平行于轴的带状组织和晶界析出相。选区衍射结果指出二者具有相同的巧结构，从图看带状组织和周围组织有下述关系，首先它的方向与胞壁方向一致图，其次它的出现并未破坏了它周围的基体，由图看出它周围的胞内孪晶仍然完整存在。从这两个角度看，它不象是新的析出相，而是某些胞壁的择优长大或

者说是胞壁破坏，这种解释与它的结构和胞壁结构一致这一事实相吻合。但这种解释也遇到困难，一方面是 “ ” 相不穿过它，而图、、看到的 “ ” 相穿过胞壁，另一方面如果带状组织是胞壁择优长大或说胞壁破坏而形成，那么，晶界析出一相是如何形成的还找不到合适的解释。尽管微区分析没得到令人满意的结果，可以推断带状组织和晶界析出相是在成份重新分布过程中产生的富的低畴壁能区，与此同时由于 “ ” 相的出现使原富的胞壁中贫化，从而使胞壁的钉扎能力，降到亚于晶界析出相和带状组织的地位，这可以由图的说明。作为带状组织来说，从三维空间看可能是棒状，间距大约一林而畴宽仅有件，因此在热退磁状态下不可能所有畴壁都座落在带状组织和晶界上，必然有一部分仍在原咆壁上，这就衫成畴壁座落在具有不同钉扎能力的相上，因此在磁化时表现出非均匀钉扎的特点。至于少数具有网状微观结构的晶粒对磁性的影响还不清楚。结论 ‘ 合金在高。状态起始磁化曲线表现为非典型钉扎特点。高。合金与低。合金比较热退磁状态畴细化，形状混乱，磁化状态下畴壁钉扎位置，发生变化，说明强钉扎中心改变。高。状态下微观组识与低。状态相比增加了片状相、带状组织和晶界析出相。带状组织和晶界析出比胞壁和更强的钉扎作用。本文电镜工作承蒙清华大学李阳光老师、北京钢铁学院李万通老师指导和帮助。论文分析得到北京大学钟文定老师和钢院周寿增老师多方指导，在此表示感谢。参加本工作的还有精密合金教研室的呼琴和肖安等同志