Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.5永磁材料细晶强化及纳米压痕尺寸效应

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Sm2Co17型烧结永磁材料作为一种功能材料,因其同时兼具磁性能优良、耐腐蚀性强和温度稳定性好等特点。在国防工业、国民经济等领域发挥着重要作用。但Sm2Co17型永磁材料晶体结构内部滑移系统不足,室温脆性很大,不但给机械加工过程带来困难,而且对永磁器件的稳定性造成不利影响,也限制了该类材料在较强冲击和振动的场合的应用。通常,材料的力学性能主要与其自身的化学成分、晶粒尺寸,显微组织等因素有关。本文主要探究晶粒尺寸、微观组织等因素对其力学性能影响。主要结论有:(1)通过调节烧结和固溶热处理工艺来获得不同平均晶粒尺寸的固溶态Sm2Co17型磁体,以研究晶粒尺寸对力学性能的影响。结果表明:不同平均晶粒尺寸固溶态Sm2Co17型磁体的抗弯强度和抗压强度具有明显各向异性。随着磁体的平均晶粒尺寸由52μm减小至18μm,取向平行于受力方向(c//h)时抗弯强度由86 MPa增大到173 MPa,取向与加载方向垂直时的抗压强度由1152MPa增大到1311MPa,表明晶粒细化是提高Sm2Co17型烧结磁体力学性能的有效途径之一。(2)利用Hall-Petch关系揭示了平均晶粒尺寸对固溶态Sm2Co17型磁体力学性能影响。当c//l时,与抗弯强度相关的Hall-Petch系数KRbb值为0.24 MPa.m1/2,c//b时KRbb值为0.59MPa.m1/2,超过c//l时的2倍,c//h时KRbb值为0.79MPa.m1/2,为三组样品中的最大。表明抗弯强度的各向异性来源于晶体结构解理面与晶界强化作用强弱差异的结果。(3)比较研究了固溶态磁体和时效态磁体的力学特性规律,结果表明,对于c//h的情况,磁体的抗弯强度,由固溶态的115 MPa增加至时效15h磁体的145MPa。可见,时效处理后磁体胞状组织结构的出现有助于提高磁体的抗弯强度。(4)采用准静态法分别对固溶态和最终态Sm2Co17型永磁的不同取向面样品进行了纳米压痕分析。结果表明,两种磁体不同取向面上的硬度和弹性模量均出现了随着压入深度的增加而减小的现象,即典型的压痕尺寸效应。基于Nix-Gao模型的硬度与压入深度拟合结果表明,两种磁体的硬度H0和特征长度h*均呈现出明显各向异性。较大的h*值揭示出最终态磁体在较大的压入深度范围内可观察到明显的尺寸效应现象。进一步地,通过计算反映压痕尺寸效应强弱的效应因子i可知,最终态磁体的i值均比固溶态磁体的大,其中取向平行加载方向时,i值高出58%。最终态Sm2Co17磁体中存在的胞状组织结构增强了尺寸效应因子,进而改善了Sm2Co17型磁体在弹塑变形阶段的力学特性。
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