CN102304646B - 用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料及其制备方法 - Google Patents

用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料及其制备方法,该永磁材料表达式为SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y,其中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。本发明通过向SmCo7合金中掺杂Si、Ge和Sn元素,通过适当地调整Si、Ge和Sn三种元素的比例,达到同时稳定TbCu7结构和提高磁体在高温抗氧化能力的目的。掺杂Si元素促进TbCu7相的形成并且提高材料的高温抗氧化性,掺杂Ge元素抑制烧结过程中晶粒的长大,掺杂Sn元素降低烧结温度,提高烧结效率,同时增强材料的力学性能。

Description

用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种用作航空发动机的1:7型钐钴永磁材料,更特别地说,是指一种用于加工航空发动机永磁型磁力轴承的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料及其制备方法。
背景技术
航空发动机的特点是体积小、功率大、各部件的工作条件严酷,特别是转动件在不同的温度、载荷、环境介质(空气,燃气)下工作,大多须用比强度高、耐热性好和抗腐蚀能力强的材料制造。
永磁材料是一种重要的功能材料,它能提供持续的磁场,具有能量与信息转换的功能,是加工磁力轴承的主要材料。
1:7型钐钴永磁材料(TbCu7)可以认为是CaCu5结构的衍生结构,两种结构具有相同的空间群(P6/mmm),在稀土永磁合金中CaCu5结构是最基本的。对于Sm-Co系合金,SmCo7结构可以由SmCo5结构推导得出。当SmCo5结构中的2/9的la晶位被Co-Co原子哑铃对取代,且这种取代是无序时就得到了SmCo7化合物结构。
综观目前现有的永磁材料的磁性能和温度特性可知,虽然AlNiCo永磁材料的使用温度可达520℃,但是在该温度下磁体的磁性能很低,因此不能用于制造小而轻的元器件。另一方面,具有室温最高磁能积的NdFeB烧结永磁材料,由于居里温度低,随着使用温度的升高NdFeB磁体的性能下降很快,其最高使用温度仅为100℃,即使通过成分调整和工艺的改进,其最高使用温度也不超过250℃。由于TbCu7结构的SmCo7合金是高温亚稳相,在较高温度时就将分解为SmCo5和Sm2Co17两相,平衡凝固过程中无法将该相保存到室温;与此同时,当SmCo合金应用到高温500℃时,Sm元素会在合金内部氧化形成Sm2O3,导致合金的微观结构发生改变,致使样品的磁性能呈现逐渐衰减趋势。
发明内容
为了克服现有1:7型钐钴永磁材料在高温下的氧化衰减,本发明通过向SmCo7合金中掺杂Si、Ge和Sn元素,通过适当地调整Si、Ge和Sn三种元素的比例,达到同时稳定TbCu7结构和提高磁体在高温抗氧化能力的目的。其中,掺杂Si元素可以促进TbCu7相的形成并且提高材料的高温抗氧化性,掺杂Ge元素可以抑制烧结过程中晶粒的长大,掺杂Sn元素可以降低烧结温度,提高烧结效率,同时增强材料的力学性能。本发明的具有TbCu7结构的抗氧化钐钴高温永磁材料在高温500℃氧化500h后的单位面积质量增重不超过0.64mg/cm2,具有良好的高温抗氧化性。
本发明是一种用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。
本发明制备用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料包括有下列步骤:
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度2×10-3Pa~5×10-3Pa,然后充高纯氩气使真空室的真空度至0.1×105Pa~0.8×105Pa;
经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯氩气保护下球磨10~80min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需5~10g的10mm轴承钢球和5~10g的5mm轴承钢球。
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯氩气保护下球磨50~240min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10~20g的10mm轴承钢球和10~20g的5mm轴承钢球。
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
所述SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于等离子烧结炉的高温合金模具中,调节烧结工艺,烧结完成后得到具有TbCu7结构的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁块体;
烧结工艺为:升温速率30~50℃/min,烧结温度600~700℃,压力200~500MPa,烧结时间1~10min。
本发明抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的优点在于:
①在现有1:7型钐钴永磁材料中掺杂Si、Ge和Sn三种元素,达到同时稳定TbCu7结构和提高磁体在高温抗氧化能力的目的。
②在SmCoSiGe非晶结构粉体与Sn细粉体进行烧结过程中,Sn细粉体起到了液相烧结的作用。
③本发明的具有TbCu7结构的抗氧化钐钴高温永磁材料在高温500℃氧化500h后的单位面积质量增重不超过0.64mg/cm2,具有良好的高温抗氧化性。
附图说明
图1是本发明抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料的XRD图。
图2是本发明抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料的磁滞回线图。
图3是本发明抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料在单位面积下的质量增重图。
图3A是氧化后SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料的断面SEM图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
本发明是一种用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,该永磁材料表达式为SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y,其中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。
制备抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料包括有下列步骤:
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度2×10-3Pa~5×10-3Pa,然后充高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气使真空室的真空度至0.1×105Pa~0.8×105Pa;
经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
在本发明中,熔炼合金锭的次数可以为3~5次,是为了保证合金锭内部成分的均匀。
在本发明中,Sm的质量百分比纯度为99.95%。Co的质量百分比纯度为99.99%。Si的质量百分比纯度为99.9%。Ge的质量百分比纯度为99.9%。
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨10~80min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需5~10g的10mm轴承钢球和5~10g的5mm轴承钢球。
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨50~240min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10~20g的10mm轴承钢球和10~20g的5mm轴承钢球。
在本发明中,Sn的质量百分比纯度为99.9%。
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
在本发明中,SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于等离子烧结炉的高温合金模具中,调节烧结工艺,烧结完成后得到具有TbCu7结构的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁块体;
烧结工艺为:升温速率30~50℃/min,烧结温度600~700℃,压力200~500MPa,烧结时间1~10min;
在本发明中,通过在混炼粉体上直接通入脉冲电流进行加热烧结,通过控制烧结工艺,首先在升温过程使Sn超细粉体先熔化、扩散入SmCoSiGe非晶粉体,然后在600~700℃下非晶晶化,从而获得具有TbCu7结构的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁块体。
实施例1制抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度3×10-3Pa,然后充高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气使真空室的真空度至0.5×105Pa;
经电弧熔炼50s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼50s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼50s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
在本发明中,Sm的质量百分比纯度为99.95%。Co的质量百分比纯度为99.99%。Si的质量百分比纯度为99.9%。Ge的质量百分比纯度为99.9%;
在本发明中,真空电弧炉为北京中科科仪技术发展有限责任公司生产的WS-4型非自耗真空电弧炉。
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨40min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10g的10mm轴承钢球和5g的5mm轴承钢球。
在本发明中,球磨机选用Spex8000高能球磨机。
在本发明中,真空手套箱为上海布劳恩公司生产的LABstar布劳恩真空手套箱。
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨100min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10g的10mm轴承钢球和10g的5mm轴承钢球。
在本发明中,Sn的质量百分比纯度为99.9%。
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
用量:500.3g的SmCoSiGe非晶粉体与1g的Sn细粉体混合;
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于SPS-1050T放电等离子烧结炉的高温合金模具中;
烧结工艺为:升温速率30℃/min,烧结温度700℃,压力500MPa,烧结时间5min;
在本发明中,通过在混炼粉体上直接通入脉冲电流进行加热烧结,通过控制烧结工艺,首先在升温过程使Sn超细粉体先熔化、扩散入SmCoSiGe非晶粉体,然后在700℃下非晶晶化,从而获得具有TbCu7结构的抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁块体。
采用D/Max2200多功能X射线衍射仪(日本理学)对实施例1制得的SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9进行晶体结构分析,如图1所示,图中表示的特征峰说明SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9为TbCu7结构。
采用JDAW-2000C型振动样品磁强计(长春英普磁电技术开发有限公司)对实施例1制得的SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9进行磁性能表征,如图2所示,图中室温内禀矫顽力为2.6T,饱和磁化强度为0.58T,剩余磁化强度为0.4T。
将实施例1制得抗氧化SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁块体放入SK2-1-12管式电阻炉(上海实研电炉有限公司)中进行高温500℃氧化实验,在高温500℃氧化500h后SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9永磁体的单位面积质量增重为0.64mg/cm2(如图3所示),采用S3400钨灯丝扫描电镜(英国)观察内部氧化区的氧化层厚度仅为6μm(如图3A所示),表明该永磁块体具有良好的高温抗氧化性。
实施例2制抗氧化SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5高温永磁材料
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度4×10-3Pa,然后充高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气使真空室的真空度至0.7×105Pa;
经电弧熔炼70s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼60s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼50s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
翻转第三合金锭,经电弧熔炼90s后,断弧形成第四合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
在本发明中,Sm的质量百分比纯度为99.95%。Co的质量百分比纯度为99.99%。Si的质量百分比纯度为99.9%。Ge的质量百分比纯度为99.9%。
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨60min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需5g的10mm轴承钢球和10g的5mm轴承钢球。
在本发明中,球磨机选用Spex8000高能球磨机。
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨150min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需20g的10mm轴承钢球和10g的5mm轴承钢球。
在本发明中,Sn的质量百分比纯度为99.9%。
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
用量:109.3g的SmCoSiGe非晶粉体与1g的Sn细粉体混合;
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于等离子烧结炉的高温合金模具中;
烧结工艺为:升温速率40℃/min,烧结温度680℃,压力400MPa,烧结时间4min;
在本发明中,通过在混炼粉体上直接通入脉冲电流进行加热烧结,通过控制烧结工艺,首先在升温过程使Sn超细粉体先熔化、扩散入SmCoSiGe非晶粉体,然后在680℃下非晶晶化,从而获得具有TbCu7结构的抗氧化SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5高温永磁块体。
采用D/Max2200多功能X射线衍射仪(日本理学)对实施例2制得的SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5进行晶体结构分析,分析结果表明SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5为TbCu7结构。
采用JDAW-2000C型振动样品磁强计(长春英普磁电技术开发有限公司)对实施例2制得的SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5进行磁性能表征,室温内禀矫顽力为1.3T,饱和磁化强度为0.67T,剩余磁化强度为0.31T。
将实施例2制得抗氧化SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5高温永磁块体放入SK2-1-12管式电阻炉(上海实研电炉有限公司)中进行高温500℃氧化实验,在高温500℃氧化500h后SmCo8.1(Si0.7Ge0.2Sn0.1)0.5永磁体的单位面积质量增重为1.6mg/cm2,采用S3400钨灯丝扫描电镜(英国)观察内部氧化区的氧化层厚度仅为26μm,表明该永磁块体具有良好的高温抗氧化性。
实施例3制抗氧化SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9高温永磁材料
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度5×10-3Pa,然后充高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气使真空室的真空度至0.8×105Pa;
经电弧熔炼40s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼60s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼90s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
在本发明中,Sm的质量百分比纯度为99.95%。Co的质量百分比纯度为99.99%。Si的质量百分比纯度为99.9%。Ge的质量百分比纯度为99.9%。
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨80min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10g的10mm轴承钢球和10g的5mm轴承钢球。
在本发明中,球磨机选用Spex8000高能球磨机。
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯(质量百分比纯度99.999%)氩气保护下球磨200min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需15g的10mm轴承钢球和20g的5mm轴承钢球。
在本发明中,Sn的质量百分比纯度为99.9%。
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
用量:24.7g的SmCoSiGe非晶粉体与1g的Sn细粉体混合;
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于SPS-1050T放电等离子烧结炉(日本)的高温合金模具中;
烧结工艺为:升温速率50℃/min,烧结温度650℃,压力300MPa,烧结时间8min;
在本发明中,通过在混炼粉体上直接通入脉冲电流进行加热烧结,通过控制烧结工艺,首先在升温过程使Sn超细粉体先熔化、扩散入SmCoSiGe非晶粉体,然后在650℃下非晶晶化,从而获得具有TbCu7结构的抗氧化SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9高温永磁块体。
采用D/Max2200多功能X射线衍射仪(日本理学)对实施例3制得的SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9进行晶体结构分析,分析结果说明SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9为TbCu7结构。
采用JDAW-2000C型振动样品磁强计(长春英普磁电技术开发有限公司)对实施例3制得的SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9进行磁性能表征,室温内禀矫顽力为1.8T,饱和磁化强度为0.45T,剩余磁化强度为0.34T。
将实施例3制得抗氧化SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9高温永磁块体放入SK2-1-12管式电阻炉(上海实研电炉有限公司)中进行高温500℃氧化实验,在高温500℃氧化500h后SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9永磁体的单位面积质量增重为1.4mg/cm2,采用S3400钨灯丝扫描电镜(英国)观察内部氧化区的氧化层厚度仅为17μm,表明该永磁块体具有良好的高温抗氧化性。

Claims (8)

1.一种用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:该SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y永磁材料中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10。
2.根据权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:为SmCo6.1(Si0.98Ge0.01Sn0.01)0.9高温永磁块体。
3.根据权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:为SmCo5.1(Si0.2Ge0.7Sn0.1)1.9高温永磁块体。
4.根据权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:该SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y永磁材料为TbCu7结构。
5.根据权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:该SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y永磁材料的室温内禀矫顽力为1.1T~3.0T,饱和磁化强度为0.41T~0.70T,剩余磁化强度为0.31T~0.4T。
6.根据权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料,其特征在于:该SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y永磁材料在高温500℃氧化500h后的单位面积质量增重为0.64mg/cm2~1.6mg/cm2,内部氧化区的氧化层厚度为6μm~26μm。
7.制备如权利要求1所述的用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的方法,其特征在于有下列步骤:
步骤一:四元合金制备
称取Sm、Co、Si和Ge配置成SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料所需的目标成分;
将目标成分置于真空电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内;
调节真空室的真空度2×10-3Pa~5×10-3Pa,然后充高纯氩气使真空室的真空度至0.1×105Pa~0.8×105Pa;
经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第一合金锭;
翻转第一合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第二合金锭;
翻转第二合金锭,经电弧熔炼20~90s后,断弧形成第三合金锭;随炉冷却,取出,制得SmCoSiGe四元合金铸锭;
步骤二:SmCoSiGe非晶结构粉体制备
在充有高纯氩气的手套箱中,将步骤一制得的SmCoSiGe四元合金铸锭用铁研钵捣碎后过筛,得到颗粒尺寸≤80μm的初破碎粉,然后将初破碎粉放入球磨机的球磨罐中,在高纯氩气保护下球磨10~80min后,得到SmCoSiGe非晶结构粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需5~10g的10mm轴承钢球和5~10g的5mm轴承钢球;
步骤三:Sn细粉体制备
将300μm的Sn粉体放入到球磨机的球磨罐中,在高纯氩气保护下球磨50~240min后,得到Sn细粉体;
在球磨机的球磨过程中,研磨体选用直径为10mm轴承钢球和直径为5mm的轴承钢球,球磨1g的初破碎粉所需10~20g的10mm轴承钢球和10~20g的5mm轴承钢球;
步骤四:混炼粉体制备
依据SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的目标成分,将SmCoSiGe非晶粉体和Sn细粉体混合均匀后得到混炼粉体;
所述SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料中X的原子个数为5.0~8.5,Y的原子个数为0.01~1.90,a+b+c=1,a的原子数为0.20~0.98,b的原子数为0.01~0.70,c的原子数为0.01~0.10;
步骤五:抗氧化永磁体制备
将混炼粉体置于等离子烧结炉的高温合金模具中,调节烧结工艺,烧结完成后得到具有TbCu7结构的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁块体;
烧结工艺为:升温速率30~50℃/min,烧结温度600~700℃,压力200~500MPa,烧结时间1~10min。
8.根据权利要求7所述的制备用于航空发动机的抗氧化SmCoX-Y(SiaGebSnc)Y高温永磁材料的方法,其特征在于:在步骤四中1g的Sn细粉体中加入20~510g的SmCoSiGe非晶粉体。
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