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高能球磨制备纳米晶稀土永磁体的工艺及性能表征

材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering. 高能球磨制备纳米晶稀土永磁体的工艺及性能表征. 实验指导书 2013 年 6 月 18 日. Application of magnets. Transportation. Permanent magnet. Energy Generation. Aeronautics Astronautics. Information.

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高能球磨制备纳米晶稀土永磁体的工艺及性能表征

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Presentation Transcript

  1. 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering 高能球磨制备纳米晶稀土永磁体的工艺及性能表征 实验指导书 2013年6月18日

  2. Application of magnets Transportation Permanent magnet Energy Generation Aeronautics Astronautics Information

  3. Magnets Ms(kG) HA(kOe) Hc(kOe) Tc(C) Nd2Fe14B 16.0 67 15 315 Pr2Fe14B 15.6 87 12 292 Sm2Fe17N2.3 15.4 140 30 470 Sm2Co17 12.5 52 9 920 SmCo5 11.4 240 50 727 Progress in Permanent Magnets The next generation permanent magnets 

  4. 纳米晶双相复合永磁材料的理论依据 交换耦合理论 软磁相 （高Ms） 高性能永磁材料 硬磁相 （高Hci） + = 优势： 优异的磁性能、良好的热稳定性、 良好的耐腐蚀性、优异的力学性能

  5. 实验目的 （1）学习合金熔炼原理、设备； （2）学习高能球磨的设备、原理； （3）学习真空热处理工艺，并掌握其对高能球磨后磁粉的作用机理； （4）掌握激光粒径分析仪的工作原理和使用方法，并利用激光粒径分析仪分析球磨后磁粉的粒径分布； （5）掌握振动样品磁强计（VSM）的工作原理和使用方法，并利用VSM测试分析球磨及热处理后磁粉的磁特性。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  6. 实验原料和实验设备 实验原料： SmCo5合金锭，α-Fe粉，油酸，正庚烷，高精度天平 实验设备： 高能球磨仪（SPEX-8000），真空熔炼炉，真空退火炉，X-射线衍射仪、激光粒度分析仪、振动样品磁强计（VSM） 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  7. 实验原理 高能球磨法制备非晶、复合纳米晶磁粉的原理： 高能球磨法作为一种材料固态非平衡加工新技术，是指用球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的冲击，研磨和搅拌，把金属及合金粉末粉碎为微粒的方法。用高能球磨设备对物理进行粉磨，就是多利用切削、研磨尽量减少冲击粉碎所消耗的能量。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  8. 真空热处理纳米晶磁粉 真空热处理退火是一种金属热处理工艺，指的是将金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷却。目的是降低硬度，改善切削加工性；消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。 本实验中我们选择高真空（10-5Pa）退火炉设备热处理高能球磨后SmCo5/α-Fe复合纳米晶磁体，研究不同温度、不同时间退火下SmCo5/α-Fe复合纳米晶磁体的磁性能、微结构的变化规律。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  9. 实验内容及步骤 高能球磨 (1)先用砂纸及砂轮打磨SmCo5合金锭表面的氧化皮，并将合金锭敲碎，然后置于研钵中将其研磨细至微米级颗粒； (2)称取一定量的SmCo5磁粉及其α-Fe粉放入球磨罐中，同时放入球磨钢珠球并加入10 wt.%的油酸和正庚烷；注意：要先加油酸，后加正庚烷； (3)将球磨罐放到手套箱中，通高纯氩气流5分钟； (4)将罐体密封放入球磨罐中，预设好球磨时间，开始球磨，为了避免球磨仪器过热，实验中每球磨90分钟需要暂停10分钟。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  10. 实验内容及步骤 热处理纳米晶磁粉 (1)将球磨后的磁粉用乙醇清洗三次并超声振荡10分钟，将乙醇蒸发后，取出一定量的磁粉置于石英管中； (2)开启真空设备，先开机械泵，待稳定后开启分子泵，直至转速稳定； (3)待炉子温度升到设定温度后，将石英管推进到炉子中； (4)退火结束后，用水冷对其进行加温。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  11. 分析测试 • 高能球磨及热处理后磁粉XRD测试； • 高能球磨后磁粉的激光粒度分析； • 高能球磨及热处理后磁粉的磁性能测试； 激光粒度分析仪 振动样品磁强计 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  12. 实验报告要求 • 写出实验目的、内容及步骤，设计图表记录分析实验过程中的数据。 • 用激光粒径分析仪表征球磨后磁粉的粒径。 • 探讨高能球磨时间和热处理温度及时间对磁粉的磁性能影响规律。 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

  13. 思考题 （1）高能球磨的目的和用途？ （2）总结利用激光粒度分析仪分析高能球磨纳米晶磁体的缺点？ （3）振动样品磁强计（VSM）测量磁性材料的缺点？ （4）SmCo永磁材料具有的优缺点及其在实际中的应用有哪些？ 材料科学与工程实验教学中心 Experimental Teaching Center for Materials Science and Engineering

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