D0I:10.13374/1.issnl00103.2007.04.018 第29卷第4期 北京科技大学学报 Vol.29 No.4 2007年4月 Journal of University of Science and Technology Beijing Apr.2007 Sm2Fe17合金的热稳定性 邓庚凤2)孙光飞)陈菊芳)方克明) 1)北京科技大学治金与生态工程学院，北京1000832)江西理工大学材料与化学工程学院，赣州341000 3)北京科技大学材料科学与工程学院，北京100083 摘要用热重/差热(TG/DTA)分析法研究了粒度及升温速度对Sm2FeI7合金热稳定性的影响，结合XRD物相分析结果说 明Sm2Fe17合金氧化过程中发生的化学反应，用Kinssinger法计算了Sm2Fe17合金被氧化所需的表观活化能并推断了其反应机 理.结果表明：Sm2Fe17合金粉的粒度越细，其热稳定性越差；升温速度越快，Sm2Fe17合金的氧化温度增高，放出的热量减小. Kinssinger法计算Sm2Fe17合金在低温氧化时的表观活化能为162 kJ-mol一1，在高温氧化时为l89.8 kJ-mol-1. 关键词稀土永磁；热稳定性：活化能：热分析：X射线衍射分析 分类号TG132;0643 SmFe17合金是一种稀土金属间化合物，1990 用美国PE公司Pyris Diamond TG/DTA6300 年Coey发现该稀土金属间化合物容易吸附N、H、C 型热分析仪对Sm2Fe17合金进行热分析，升温速度 等原子而形成间隙型化合物并具有较高的磁性和居 为l0~25Kmin,气氛为静态空气，参比物为 里点[-2]，这一发现给SmFe17合金的应用前景开辟 AlzO3·用日本理学公司(Rigaku)的Miniflex型X 了一个新的天地[3-].然而在给Sm2Fe17合金引入 射线衍射仪对样品进行物相分析，Cu靶，入。= N、H、C的同时，0也不可避免会进入SmFe17合金 0.15406nm,工作电压30kV,电流150mA,扫描速 中，而且在没有还原气氛或惰性气氛保护的升温过 -1 度10°min 程中稀土金属合金往往容易先被氧化，从而减少或 取消了N、H,C进入Sm2Fe17合金的机会·因此为使 2 结果与讨论 Sm2Fe17合金能更好地引入N、H、C以提高其磁性， 2.1不同粒度SmFe17合金的抗氧化性 必须提高SmFe17合金的抗氧化性，本文着重用热 为比较不同粒度Sm2Fe17合金的抗氧化能力， 分析手段来检测用还原扩散法制得的SmFe17合金 分别将200~400目、400~500目和大于500目的 的热稳定性，考察了粒度及升温速度对Sm2Fe17合 Sm2fe17合金粉在l0Kmin-1的升温速度下在静态 金热稳定性的影响，并用Kinssinger法计算了氧化 空气中加热至773K,此温度范围内三种合金粉的 反应的表观活化能和反应级数[]，由此推断 DTA和TG图分别见图1和图2.由图1可见，在 Sm2Fe17合金的氧化行为和机理，为进一步提高稀土 773K范围内Sm2Fe17合金的DTA图上均有一放热 金属间化合物的热稳定性提供一定的理论依据. 峰，此为Sm2Fe17合金被氧化时的峰.由图还可见， 随粉末的粒度不同，此峰的峰顶温度和峰面积均不 1 实验方法 相同，粉末粒度越细，峰温越低，峰面积越大，说明 SmFe17合金用还原扩散法制得，即先用 合金粉越细越容易被氧化，而且所放热量越多.从 Ca还原稀土氧化物Sm203生成液态Sm,然后利用 DTA图可知，大于500目的合金被氧化的温度比 液态Sm和固态Fe在一定温度下会发生包晶反应 200~400目合金的氧化温度大约降低了46.5K,而 生成SmFe17合金，其总的化学反应为： 其放出的热量约是它的2倍，Sm2Fe17合金开始氧化 3Ca十Sm203+17Fe—3Ca0+Sm2Fe17, 的温度为573K左右，其对应的TG图进一步说明 产物经化学分离可得到纯的Sm2Fe17合金， 了Sm2Fe17合金在加热至573K前是不会被氧化的， 因为在此温度范围内其重量基本不变.随着温度高 收稿日期：2006-01-29修回日期：2006-07-10 于573K时，Sm2Fe17合金开始被氧化，故其质量增 基金项目：江西理工大学校基金资助项目 加，而且随着颗粒粒径的减小，粉末增重的幅度增 作者简介：邓庚风(1972一)，女，讲师，博士研究生 大，在相同的温度范围内500目粉末的增重是200~Sm2Fe17合金的热稳定性 邓庚凤1‚2） 孙光飞3） 陈菊芳3） 方克明1） 1） 北京科技大学冶金与生态工程学院‚北京100083 2） 江西理工大学材料与化学工程学院‚赣州341000 3） 北京科技大学材料科学与工程学院‚北京100083 摘 要 用热重／差热（TG／DTA）分析法研究了粒度及升温速度对 Sm2Fe17合金热稳定性的影响‚结合 XRD 物相分析结果说 明 Sm2Fe17合金氧化过程中发生的化学反应‚用 Kinssinger 法计算了 Sm2Fe17合金被氧化所需的表观活化能并推断了其反应机 理．结果表明：Sm2Fe17合金粉的粒度越细‚其热稳定性越差；升温速度越快‚Sm2Fe17合金的氧化温度增高‚放出的热量减小． Kinssinger 法计算 Sm2Fe17合金在低温氧化时的表观活化能为162kJ·mol －1‚在高温氧化时为189∙8kJ·mol －1． 关键词 稀土永磁；热稳定性；活化能；热分析；X 射线衍射分析 分类号 TG132；O643 收稿日期：20060129 修回日期：20060710 基金项目：江西理工大学校基金资助项目 作者简介：邓庚凤（1972－）‚女‚讲师‚博士研究生 Sm2Fe17合金是一种稀土金属间化合物．1990 年 Coey 发现该稀土金属间化合物容易吸附 N、H、C 等原子而形成间隙型化合物并具有较高的磁性和居 里点［1－2］‚这一发现给 Sm2Fe17合金的应用前景开辟 了一个新的天地［3－7］．然而在给 Sm2Fe17合金引入 N、H、C 的同时‚O 也不可避免会进入 Sm2Fe17合金 中‚而且在没有还原气氛或惰性气氛保护的升温过 程中稀土金属合金往往容易先被氧化‚从而减少或 取消了 N、H、C 进入 Sm2Fe17合金的机会．因此为使 Sm2Fe17合金能更好地引入 N、H、C 以提高其磁性‚ 必须提高 Sm2Fe17合金的抗氧化性．本文着重用热 分析手段来检测用还原扩散法制得的 Sm2Fe17合金 的热稳定性‚考察了粒度及升温速度对 Sm2Fe17合 金热稳定性的影响‚并用 Kinssinger 法计算了氧化 反应 的 表 观 活 化 能 和 反 应 级 数［8］‚由 此 推 断 Sm2Fe17合金的氧化行为和机理‚为进一步提高稀土 金属间化合物的热稳定性提供一定的理论依据． 1 实验方法 Sm2Fe17合金用还原扩散法制得［9－11］‚即先用 Ca 还原稀土氧化物 Sm2O3 生成液态 Sm‚然后利用 液态 Sm 和固态 Fe 在一定温度下会发生包晶反应 生成 Sm2Fe17合金．其总的化学反应为： 3Ca＋Sm2O3＋17Fe 3CaO＋Sm2Fe17‚ 产物经化学分离可得到纯的 Sm2Fe17合金． 用美国 PE 公司 Pyris Diamond TG／DTA 6300 型热分析仪对 Sm2Fe17合金进行热分析‚升温速度 为10～25K·min －1‚气氛为静态空气‚参比物为 Al2O3．用日本理学公司（Rigaku）的 Miniflex 型 X 射线衍射仪对样品进行物相分析‚Cu 靶‚λKα＝ 0∙15406nm‚工作电压30kV‚电流150mA‚扫描速 度10°·min －1． 2 结果与讨论 2∙1 不同粒度 Sm2Fe17合金的抗氧化性 为比较不同粒度 Sm2Fe17合金的抗氧化能力‚ 分别将200～400目、400～500目和大于500目的 Sm2Fe17合金粉在10K·min －1的升温速度下在静态 空气中加热至773K‚此温度范围内三种合金粉的 DTA 和 TG 图分别见图1和图2．由图1可见‚在 773K 范围内 Sm2Fe17合金的 DTA 图上均有一放热 峰‚此为 Sm2Fe17合金被氧化时的峰．由图还可见‚ 随粉末的粒度不同‚此峰的峰顶温度和峰面积均不 相同‚粉末粒度越细‚峰温越低‚峰面积越大．说明 合金粉越细越容易被氧化‚而且所放热量越多．从 DTA 图可知‚大于500目的合金被氧化的温度比 200～400目合金的氧化温度大约降低了46∙5K‚而 其放出的热量约是它的2倍‚Sm2Fe17合金开始氧化 的温度为573K 左右‚其对应的 TG 图进一步说明 了 Sm2Fe17合金在加热至573K 前是不会被氧化的‚ 因为在此温度范围内其重量基本不变．随着温度高 于573K 时‚Sm2Fe17合金开始被氧化‚故其质量增 加‚而且随着颗粒粒径的减小‚粉末增重的幅度增 大‚在相同的温度范围内500目粉末的增重是200～ 第29卷 第4期 2007年 4月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol．29No．4 Apr．2007 DOI:10．13374／j．issn1001－053x．2007．04．018