永磁材料的磁稳定性及辐照效应研究

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本文对Fe-Cr-Co合金温度稳定性进行了研究;并对该合金与Alnico合金及几种稀土永磁合金在γ-射线、质子辐照和中子辐照条件下的损伤行为进行了系统研究。利用TEM、XRD和穆斯堡尔谱研究了材料的微观组织变化、相组成及超精细结构,使用磁力显微镜(MFM)对稀土永磁合金进行了磁畴结构观察,利用正电子湮没寿命谱(PALS)考察了辐照前后以上材料的缺陷情况。  温度稳定性试验结果表明,Fe-Cr-Co合金(BH)max与Hk的不可逆变化率为矫顽力与剩磁的2~5倍,温度的变化主要影响(BH)max与Hk,而对Br和Hc的影响相对较小。透射电镜观察表明,合金的显微组织结构在稳定性试验前后没有发生明显的变化。但穆斯堡尔谱分析发现,稳定性试验前后的α1和α2两相成分存在波动,且两相成分差逐渐增大。理论分析结果表明,在稳定性试验过程中各结构因素如取向度、体积分数、α1相长径比等均未改变,因此认为决定磁性能变化的主要因素为α1相中Cr含量的变化。  γ-射线辐照导致 Fe-Cr-Co合金磁通量发生可逆变化,对矫顽力与剩磁影响很小,但最大磁能积的不可逆损失则较大。通过XRD和正电子湮没寿命谱分析发现,γ-射线辐照可导致晶格畸变增大,正电子平均寿命增大。Alnico8合金的的γ-射线辐照抗力好,但辐照使合金有序度降低,内部缺陷增多。NdFeB受γ-射线辐照有一定的影响,其性能变化有一定的形状效应;经过正电子湮没寿命谱研究表明,γ-射线辐照对其内部缺陷基本没有影响,γ-辐照作用下局部的加热导致反向畴形核是NdFeB合金退磁现象的根本原因。  Fe-Cr-Co合金受质子和中子辐照后性能变化较明显,辐照后的主要磁性能发生不可逆磁损失。质子、中子辐照后合金的组成相未改变,但主衍射峰强度降低、半高宽增大。穆斯堡尔谱分析表明,辐照后顺磁谱所占面积均减少;且辐照后的超精细场向高场方向移动,同时所占比例也增加。而且,质子辐照对显微组织的改变明显,但与中子辐照时的影响不同。经质子辐照后,α1相内部出现有较规则的条纹特征,这是元素扩散与缺陷有序运动共同作用的结果。正电子湮没寿命谱研究表明,质子辐照后试样的正电子平均寿命均提高,材料的内部缺陷增多,位移效应是造成缺陷增加的主要原因。  Alnico8合金受质子辐照作用后,性能稍有降低,而中子对试样的磁性能的影响不大。粒子辐照使合金有序度明显降低,中子对某些晶面的破坏作用很强;辐照后铁磁性析出相粒子在形貌上边界变得模糊,排布也不如辐照前整齐。正电子湮没研究表明辐照后样品正电子平均寿命均有提高,材料的内部缺陷增多。  质子辐照对NdFeB有较大的影响,且材料的性能变化有形状效应。高磁能积型和高矫顽力型NdFeB合金性能抗辐照能力较好。质子辐照之后发现NdFeB合金磁畴形貌有所改变,在晶界和晶隅处出现了非条纹畴的较大的混乱磁畴,而非辐照前的条状畴特征。高磁能积型NdFeB合金的畴结构受辐照的影响更大,形成了较大的混乱磁畴区;而高矫顽力型合金的混乱磁畴尺寸较小。认为质子辐照下NdFeB磁体内部反向畴形核及长大是这种稀土永磁合金性能下降的主要原因。
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