《釤鈷基合金數(shù)據(jù)管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明》

1、工作簡(jiǎn)要過(guò)程，來(lái)源、主要參加單位和工作組成員

（1）工作簡(jiǎn)要過(guò)程

2019年7月?tīng)款^單位北京工業(yè)大學(xué)開(kāi)始啟動(dòng)本標(biāo)準(zhǔn)制訂的

準(zhǔn)備和申請(qǐng)工作。2020年7月20日召開(kāi)了材料基因工程數(shù)據(jù)標(biāo)

準(zhǔn)框架體系研討會(huì)，上海交通大學(xué)汪洪教授致辭，原冶金工業(yè)信

息標(biāo)準(zhǔn)研究院副院長(zhǎng)王麗敏做了“構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)體系的要求”的特邀

報(bào)告，汪洪教授介紹了材料基因工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)體系及CSTM

FC-97各技術(shù)委員會(huì)分工情況。隨后，與會(huì)專家學(xué)者探討了材料

基因工程數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的頂層設(shè)計(jì)、產(chǎn)生流程等問(wèn)題。

2020年8月15日，北京工業(yè)大學(xué)宋曉艷教授代表本標(biāo)準(zhǔn)制

訂團(tuán)隊(duì)提交了“中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目建議書”和

“釤鈷基合金數(shù)據(jù)管理規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)（草案）”。2020年9月4日，

召開(kāi)了CSTM標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)評(píng)審會(huì)，會(huì)議由鋼鐵研究總院CSTM/FC97

材料基因工程領(lǐng)域委員會(huì)副主任委員賈云海教授主持。北京工業(yè)

大學(xué)宋曉艷教授匯報(bào)了《釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)

草案的準(zhǔn)備情況和主要內(nèi)容，與會(huì)專家上海交通大學(xué)汪洪教授

（CSTM/FC97材料基因工程領(lǐng)域委員會(huì)主任委員）、鋼鐵研究總

院賈云海教授、上海交通大學(xué)張瀾庭教授（CSTM/FC97材料基因

工程領(lǐng)域委員會(huì)秘書長(zhǎng)）、鋼鐵研究總院CSTM秘書處王蓬主任、

標(biāo)準(zhǔn)專家羅倩華老師、趙雷老師等，經(jīng)過(guò)充分討論給予了指導(dǎo)意

見(jiàn)和修改建議。

根據(jù)各位專家的意見(jiàn)和建議，本標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)（草

案）進(jìn)行了全面的修改、補(bǔ)充，于2020年9月22日提交了標(biāo)準(zhǔn)

（草案）的修改版文件。自2020年9月至2021年3月期間，本

標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步與材料基因工程、計(jì)算材料學(xué)、稀土永磁

材料、標(biāo)準(zhǔn)制訂等多個(gè)領(lǐng)域的專家就標(biāo)準(zhǔn)（草案）的內(nèi)容進(jìn)行了

大量討論和交流，在此過(guò)程中又獲得了很多寶貴的建設(shè)性意見(jiàn)和

建議。在此基礎(chǔ)上，本標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步將標(biāo)準(zhǔn)（草案）的內(nèi)

容和標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)建議書進(jìn)行了多方面的修改完善。根據(jù)多位專家的

建議，將該標(biāo)準(zhǔn)名稱改為《用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金

數(shù)據(jù)管理規(guī)范》，與之前的《釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)管理規(guī)范》

名稱相比，對(duì)該標(biāo)準(zhǔn)的性質(zhì)、應(yīng)用范圍等的表達(dá)更加準(zhǔn)確。

2021年3月7日，本標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)提交了修改完成的《用

于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金數(shù)據(jù)管理規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)（草案）

和“中國(guó)材料與試驗(yàn)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目建議書”的新的版本。

2021年3月26日，CSTM標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)簽發(fā)了《用于數(shù)據(jù)驅(qū)

動(dòng)材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金數(shù)據(jù)管理規(guī)范的立項(xiàng)公告

-FC97-FC97/TC06》。自簽發(fā)公告至今，本標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)仍繼續(xù)與

相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜疫M(jìn)行咨詢和討論，以保證標(biāo)準(zhǔn)（草案）的準(zhǔn)確完善。

（2）主要參加單位和工作組成員

成員姓名

所在單位

★為工作組組長(zhǎng)

★宋曉艷北京工業(yè)大學(xué)

劉東北京工業(yè)大學(xué)

王海濱北京工業(yè)大學(xué)

唐法威北京工業(yè)大學(xué)

呂皓北京工業(yè)大學(xué)

劉雪梅北京工業(yè)大學(xué)

尹海清北京科技大學(xué)

宿彥京北京科技大學(xué)

方以坤鋼鐵研究總院

朱明剛鋼鐵研究總院

趙雷鋼鐵研究總院

賈云海鋼鐵研究總院

汪洪上海交通大學(xué)

2、標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況及制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

（1）標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象簡(jiǎn)要情況

釤鈷基合金是目前國(guó)際上公認(rèn)的高溫稀土永磁合金中性能相

對(duì)最好、發(fā)展?jié)摿Υ蟮氖走x合金體系。適用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)

（即滿足機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等應(yīng)用）的一條完整的釤鈷基合金

數(shù)據(jù)，應(yīng)包含材料研發(fā)過(guò)程的全鏈條信息，包括材料名稱及規(guī)格、

元素組成、制備工藝、材料樣品的表征或測(cè)試結(jié)果、數(shù)據(jù)來(lái)源等。

然而，現(xiàn)有的釤鈷基合金數(shù)據(jù)的內(nèi)容、形式表現(xiàn)方法多種多樣，

例如，材料名稱由于其生產(chǎn)國(guó)家不同而存在不同形式的描述；成

分信息使用質(zhì)量百分比、原子百分比等多種表述方法；原材料涉

及粉末、鑄造塊材等不同形式；制備工藝中每個(gè)步驟包括步驟名

稱、階段性產(chǎn)物名稱、參數(shù)名稱、參數(shù)值和參數(shù)單位等，其記錄

方式存在列表或文字描述等多種形式；材料性能具有不同的單位

度量，如矯頑力的單位有kA/m與kOe，并且同一性能單位存在

不同描述形式，如平方米與m2，m/s與m·s-1等；數(shù)據(jù)來(lái)源包括

摘錄與實(shí)際測(cè)量。釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)表述方式各異，且

數(shù)據(jù)的完整程度也各不相同，由此對(duì)數(shù)據(jù)交換和融合造成巨大困

難。目前，國(guó)內(nèi)外均無(wú)對(duì)釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容的描述規(guī)范及相

關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)外涉及釤鈷基合金數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)均按照各自形成的

表述方式，尚無(wú)系統(tǒng)完整的數(shù)據(jù)內(nèi)容和統(tǒng)一的表述方式，缺乏釤

鈷基合金數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、使用的規(guī)范性，也不利于數(shù)據(jù)的融合和共享。

（2）制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則

制修訂標(biāo)準(zhǔn)的依據(jù)或理由：

本標(biāo)準(zhǔn)旨在規(guī)范適用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)（即滿足機(jī)器學(xué)

習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等應(yīng)用）的釤鈷基合金數(shù)據(jù)的內(nèi)容范圍及表述方式，

使數(shù)據(jù)內(nèi)容完整且表述方式、格式一致，提高釤鈷基合金數(shù)據(jù)存

儲(chǔ)、使用和共享的規(guī)范性，促進(jìn)我國(guó)高溫永磁合金領(lǐng)域的材料高

效設(shè)計(jì)與快速開(kāi)發(fā)。

制修訂標(biāo)準(zhǔn)的原則：

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了《材料基因工程數(shù)據(jù)通則》下的用于數(shù)據(jù)驅(qū)

動(dòng)材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金數(shù)據(jù)的描述規(guī)范，包括樣品數(shù)據(jù)格式、

源數(shù)據(jù)格式及衍生數(shù)據(jù)格式。

3、標(biāo)準(zhǔn)主要內(nèi)容確定的論據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)確定了用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金數(shù)據(jù)的

基本內(nèi)容以及各部分內(nèi)容的收錄范圍。釤鈷基合金數(shù)據(jù)的基本內(nèi)

容包括材料名稱及規(guī)格、元素組成、制備工藝、性能信息、實(shí)驗(yàn)

條件、數(shù)據(jù)來(lái)源。

目前，釤鈷基合金數(shù)據(jù)存在的問(wèn)題主要有：1）材料名稱由

于其生產(chǎn)國(guó)家不同而存在不同形式的描述；2）成分信息使用質(zhì)

量百分比、原子百分比等多種表述方法；3）原材料涉及粉末、

鑄造塊材等不同形式；4）制備工藝中每個(gè)步驟包括步驟名稱、

階段性產(chǎn)物名稱、參數(shù)名稱、參數(shù)值和參數(shù)單位等，其記錄方式

存在列表或文字描述等多種形式；5）材料性能具有不同的單位

度量，如矯頑力的單位有kA/m與kOe，并且同一性能單位存在

不同描述形式，如平方米與m2，m/s與m·s-1等。

根據(jù)這些問(wèn)題，確定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的主要內(nèi)容：

·材料名稱及規(guī)格的表述規(guī)范；

·元素組成信息的表述規(guī)范；

·制備工藝信息的表述規(guī)范，包括原材料信息和工藝步驟及

參數(shù)的表述；

·物相組成信息的表述規(guī)范；

·性能信息的表述規(guī)范，包括性能的分類、性能的名稱表述

規(guī)范、單位的統(tǒng)一表述；

·材料形貌信息的表述規(guī)范；

·晶體結(jié)構(gòu)信息的表述規(guī)范；

·數(shù)據(jù)來(lái)源信息的表述規(guī)范。

4、預(yù)期的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

此標(biāo)準(zhǔn)在材料基因工程、稀土永磁合金等專業(yè)領(lǐng)域中進(jìn)行推

廣應(yīng)用，在相關(guān)專業(yè)領(lǐng)域中形成共識(shí)，科研人員以統(tǒng)一描述形式

記錄釤鈷基合金數(shù)據(jù)，使釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)使用更加方便、高效。

更重要的是，以統(tǒng)一描述規(guī)范記錄、收集的釤鈷基合金數(shù)據(jù)，可

更準(zhǔn)確地應(yīng)用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的稀土永磁合金的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，由此提升

釤鈷基合金數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)水平，并推動(dòng)高溫永磁合金相關(guān)產(chǎn)業(yè)的

持續(xù)發(fā)展。

5、與有關(guān)現(xiàn)行的方針、政策、法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)為第一次制定，按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了《材料基因工程數(shù)據(jù)通則》下的用于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

材料設(shè)計(jì)的釤鈷基合金數(shù)據(jù)描述規(guī)范。

與現(xiàn)行的如下相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套：

GB3100國(guó)際單位制及其應(yīng)用

GB3101有關(guān)量、單位和符號(hào)的一般原則

GB3102.1空間和時(shí)間的量和單位

GB3102.3力學(xué)的量和單位

GB3102.4熱學(xué)的量和單位

GB3102.5電學(xué)和磁學(xué)的量和單位

GB/T7714參考文獻(xiàn)格式

T/CSTM00120-2018材料基因工程數(shù)據(jù)通則

6、對(duì)征求意見(jiàn)及重大分歧意見(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)

如工作簡(jiǎn)要過(guò)程中所述，本標(biāo)準(zhǔn)在準(zhǔn)備立項(xiàng)申請(qǐng)、制訂標(biāo)準(zhǔn)

內(nèi)容等過(guò)程中，與材料基因工程、計(jì)算材料學(xué)、稀土永磁材料、

標(biāo)準(zhǔn)制訂等多個(gè)領(lǐng)域的專家就標(biāo)準(zhǔn)（草案）的內(nèi)容進(jìn)行了大量討

論和交流。獲得了很多寶貴的建設(shè)性意見(jiàn)和建議，無(wú)重大分歧意

見(jiàn)。本標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)充分考慮了專家們的意見(jiàn)和建議，不斷將標(biāo)

準(zhǔn)（草案）的內(nèi)容和標(biāo)準(zhǔn)申請(qǐng)建議書進(jìn)行多方面的修改完善。

7、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

標(biāo)準(zhǔn)貫徹實(shí)施前，及時(shí)在公眾媒體、行業(yè)及相關(guān)信息平臺(tái)上

進(jìn)行公開(kāi)宣傳，并開(kāi)展必要的培訓(xùn)。標(biāo)準(zhǔn)制訂團(tuán)隊(duì)和相關(guān)單位進(jìn)

行貫標(biāo)指導(dǎo)，組織標(biāo)準(zhǔn)培訓(xùn)，由標(biāo)準(zhǔn)制訂人員主講，設(shè)立專門的

答疑或咨詢服務(wù)，為貫徹標(biāo)準(zhǔn)疏通途徑、解決問(wèn)題。

8、標(biāo)準(zhǔn)涉及專利情況說(shuō)明

無(wú)

9、重要內(nèi)容的解釋和其它應(yīng)予說(shuō)明的事項(xiàng)

本標(biāo)準(zhǔn)編制說(shuō)明隨附文件：

附件1：本標(biāo)準(zhǔn)涉及的釤鈷合金體系數(shù)據(jù)現(xiàn)狀調(diào)研報(bào)告

附件2：本標(biāo)準(zhǔn)制訂過(guò)程中部分修改說(shuō)明記錄

附件1

關(guān)于Sm-Co合金體系基礎(chǔ)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀的調(diào)研報(bào)告

1.Sm-Co體系永磁合金研究進(jìn)展

能夠在高溫工況下（通常要求500℃以上）正常使用的永磁材料稱為高溫永

磁材料[1]，這種材料的需求雖然不多，但卻常常被用在最前沿的科技領(lǐng)域，例如

深空探測(cè)的離子推進(jìn)器技術(shù)[2]、電動(dòng)汽車的電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)[3]和國(guó)際熱核聚變實(shí)驗(yàn)

堆（ITER）計(jì)劃[4]等。居里溫度表示材料磁性失效的溫度點(diǎn)，是高溫永磁材料的

[5]

重要衡量指標(biāo)。在商業(yè)化的稀土永磁合金體系中，F(xiàn)e14Nd2B合金的居里溫度僅

為312℃，即便添加昂貴的重金屬Dy或Tb也難以使其使用溫度繼續(xù)提高200℃，

而SmCo5合金和Sm2Co17合金的居里溫度分別為680℃和920℃，且Sm-Co基

合金均有著非常好的耐腐蝕性能，是目前高溫場(chǎng)合下首選永磁合金體系[1]。經(jīng)過(guò)

大量的文獻(xiàn)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，Sm-Co體系的相關(guān)研究主要集中在以三種化合物為基礎(chǔ)

的主線上，分別是SmCo5化合物、Sm2Co17化合物和以SmCo7化合物為代表的亞

穩(wěn)相合金體系，其研究熱度經(jīng)谷歌學(xué)術(shù)搜索后統(tǒng)計(jì)如圖1所示。

圖1三種Sm-Co化合物歷年來(lái)的研究文獻(xiàn)數(shù)量變化比較

1.1以SmCo5化合物為基礎(chǔ)的研究

研究最為廣泛的SmCo5是第一代稀土永磁材料的典型化合物，具有CaCu5

型的晶體結(jié)構(gòu)，屬于六方晶系，P6/mmm空間群[6]。相比于其他稀土元素，Sm

[7,8]

元素在這種晶體結(jié)構(gòu)中能夠貢獻(xiàn)出最大的磁晶各向異性。由于SmCo5在眾多

的Sm-Co二元化合物中具有較為簡(jiǎn)單的晶體結(jié)構(gòu)單元（適于第一性原理等理論

研究[9]）和最易控制的制備條件（適于嘗試新的制備方法[10]），隨著其在大塊永磁

合金中的地位被性能更加優(yōu)異的2:17型合金取代后，其研究開(kāi)始向更廣泛的方

向發(fā)展，這就是圖1所示的SmCo5相關(guān)研究在上世紀(jì)90年代重新熱起來(lái)的原因。

首先是磁性薄膜材料，通過(guò)磁控濺射的方法，越來(lái)越多的SmCo5體系薄膜被制

[11]

備出來(lái)。SmCo5薄膜由于其天然的高磁晶各向異性和高矯頑力，可以有效的克

服當(dāng)前磁記錄材料在高密度存儲(chǔ)中的超順磁性難題。其次是磁性納米顆粒[12]，硬

磁相的SmCo5磁性納米顆粒在核磁成像、靶向藥物等應(yīng)用方面前景廣闊。

1.2以Sm2Co17化合物為基礎(chǔ)的研究

Sm2Co17具有比SmCo5更高的居里溫度和飽和磁化強(qiáng)度，是2:17型稀土-Co

化合物中唯一具有高磁晶各向異性的化合物[6]。摻雜元素在該類合金磁性能的調(diào)

控中扮演了重要角色，不同的添加元素對(duì)于合金磁性能提高的機(jī)理不同，其效果

3

也不盡相同。例如添加Mn、Cr等合金化元素可使Sm2Co17獲得高達(dá)222kJ/m

的磁能積，其矯頑力機(jī)制為反磁化磁疇的形核與長(zhǎng)大的臨界場(chǎng)控制，也就是形核

機(jī)制，而添加Fe、Cu等合金化元素，合金形成胞狀組織，在每個(gè)2:17相的周圍

產(chǎn)生了一層1:5相的薄層，強(qiáng)力地釘扎了疇壁運(yùn)動(dòng)，使得合金矯頑力大幅提升，

[13]

也就是釘扎機(jī)制。Sm2Co17型合金自誕生以來(lái)，研究人員通過(guò)各種添加元素?cái)M

改善合金的磁性能，雖然Sm2Co17的磁性能獲得了進(jìn)一步提高，然而，對(duì)于摻雜

元素的優(yōu)選，尚沒(méi)有成熟的理論來(lái)進(jìn)行指導(dǎo)，其探索過(guò)程仍舊以“試錯(cuò)”法為主。

由于Sm2Co17為基體的合金是當(dāng)前高溫永磁合金體系的主流，人們對(duì)其研究主要

集中在應(yīng)用開(kāi)發(fā)，其相關(guān)研究熱度依然不減。

1.3以Sm-Co亞穩(wěn)相為基礎(chǔ)的研究

[14]

早在1973年，Y.Khan對(duì)Sm2Co17合金的高溫相進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)在其實(shí)

驗(yàn)中未經(jīng)退火處理的Sm2Co17合金晶體結(jié)構(gòu)與TbCu7型晶體結(jié)構(gòu)類似，是一種無(wú)

序結(jié)構(gòu)，并將其定性為亞穩(wěn)相。該物相有很高的內(nèi)稟磁性能，其磁晶各向異性場(chǎng)

甚至高于釹鐵硼系和2:17型Sm-Co基合金，達(dá)10-18T，由于也屬于富Co化合

物，也有著較強(qiáng)的飽和磁化強(qiáng)度和較高的居里溫度，同時(shí)有著良好的矯頑力溫度

系數(shù)[15]。新世紀(jì)以來(lái)，為了進(jìn)一步拓寬Sm-Co基高溫永磁合金的搜索空間，人

們開(kāi)始嘗試從眾多的Sm-Co亞穩(wěn)相[16-18]中發(fā)掘新的合金體系。

亞穩(wěn)相在新材料的研究中可以扮演既重要又靈活的角色（例如鋼鐵中的馬氏

體），對(duì)于設(shè)計(jì)新型合金具有極為重要的意義。但與穩(wěn)定相的相關(guān)研究相比，充

分認(rèn)識(shí)亞穩(wěn)相的成相規(guī)律及其對(duì)材料性能的影響，是一項(xiàng)非常艱難的挑戰(zhàn)。獲得

具有單一物相的亞穩(wěn)相，是認(rèn)識(shí)該物相的基本條件，目前有兩種設(shè)計(jì)思路。一種

思路基于納米效應(yīng)，通過(guò)創(chuàng)新的制備工藝使合金的晶粒尺寸降低到一定的尺寸以

[19]

下（例如1:7型物相的臨界晶粒尺寸為51nm），可以得到具有單相結(jié)構(gòu)的SmCo7

合金[17,20-22]。晶粒尺寸的降低不但帶來(lái)了相穩(wěn)定性的改變，還使其矯頑力提高到

11.54kOe，剩磁比達(dá)到了0.67。另一種思路是通過(guò)摻雜元素來(lái)調(diào)控亞穩(wěn)相的相

穩(wěn)定性，進(jìn)而獲得能夠在室溫下穩(wěn)定存在的具有TbCu7型純凈物相的合金。十余

年來(lái)，報(bào)道已有近二十種摻雜元素（Al,Si,Ti,V,Cu,Ge,Zr,Nb,Mo,In,Sn,Hf,Ta,

W,Re等）[23-49]，其中部分摻雜元素在特定的摻雜量下可以讓合金具有1:7單相。

研究人員試圖通過(guò)一些理論對(duì)摻雜元素影響SmCo7合金相組成的規(guī)律探討清楚，

但一直沒(méi)有突破。此外，雖然元素?fù)诫s并非全部對(duì)相穩(wěn)定性的改變起到顯著的效

果，但幾乎都能讓磁性能發(fā)生變化，同樣的，這些元素對(duì)于磁性能變化的影響規(guī)

律，人們至今難以闡釋清楚。

究其難以突破的原因，可以歸結(jié)為以下幾點(diǎn)。首先，Sm-Co合金的制備流

程通常過(guò)于繁瑣，在一項(xiàng)研究中難以遍歷更多的摻雜元素，從而使人們每次的認(rèn)

識(shí)都不全面。其次，Sm-Co合金的磁性對(duì)于制備過(guò)程中的影響因素極其敏感，

前序工藝中的實(shí)驗(yàn)誤差對(duì)后續(xù)性能的表現(xiàn)產(chǎn)生了顯著影響，傳統(tǒng)的分析方法難以

發(fā)現(xiàn)其中錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系。最后，不同的研究數(shù)據(jù)所使用的工藝參數(shù)、控制方法

并不統(tǒng)一，且整理難度極大，即便經(jīng)驗(yàn)豐富的學(xué)者也難以通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研做一個(gè)全

面的綜述。如何利用好這些已經(jīng)得到的珍貴數(shù)據(jù)去指導(dǎo)新型高溫永磁材料研發(fā)成

為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

綜上可知，Sm-Co合金是一種難以替代的高溫永磁合金，人們嘗試了大量

的方法努力進(jìn)一步提高其磁性能，相關(guān)研究報(bào)道近年來(lái)呈指數(shù)增長(zhǎng)，新的制備技

術(shù)和新的材料設(shè)計(jì)思路層出不窮。與研究數(shù)據(jù)的指數(shù)型增長(zhǎng)相比，材料的性能提

升卻顯得非常有限，人們難以從已有文獻(xiàn)報(bào)道中整理出指導(dǎo)未來(lái)材料設(shè)計(jì)的有效

方案，造成至今該領(lǐng)域仍然需要依靠試錯(cuò)法研制新型合金。其根本原因，在于該

領(lǐng)域研究數(shù)據(jù)未能得到充分應(yīng)用從而難以利用其找到有價(jià)值的規(guī)律。為此，建立

針對(duì)Sm-Co體系的系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)是促進(jìn)領(lǐng)域改變?cè)囧e(cuò)法快速有效發(fā)展的重要途徑。

2.Sm-Co合金基礎(chǔ)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀

從上世紀(jì)六十年代發(fā)現(xiàn)SmCo5以來(lái)，有關(guān)Sm-Co合金的相關(guān)研究不斷開(kāi)展，

半個(gè)世紀(jì)的積累使人們?nèi)〉昧舜罅康难芯繑?shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既涵蓋了豐富的合金化

合物體系，又涵蓋了復(fù)雜的磁性能指標(biāo)。

2.1Sm-Co合金種類及其數(shù)據(jù)規(guī)模

Sm-Co二元體系具有豐富的化合物種類，是整個(gè)Sm-Co永磁合金體系的研

究基礎(chǔ)。Sm-Co二元合金的研究始于上世紀(jì)六十年代，其誕生要?dú)w功于當(dāng)時(shí)大

規(guī)模開(kāi)展的合金相圖構(gòu)建工作[50]。Sm-Co二元相圖則在九十年代才得以完成，

但至今在一些化合物上還有爭(zhēng)議。如圖2所示是美國(guó)金屬協(xié)會(huì)在其相圖數(shù)據(jù)庫(kù)

中收錄的Sm-Co相圖，該相圖以K.H.J.Buschow[6,51,52]和K.L.Williams[53]的研究

工作為基礎(chǔ)，收錄了九種室溫穩(wěn)定相：?-Co、α-Sm2Co17、SmCo5-x（一些研究者

認(rèn)為該相僅是高溫穩(wěn)定相）、α-Sm2Co7、Co4Sm9（一些研究者認(rèn)為是Sm5Co2）、

Sm3Co、α-Sm。除此之外還有高溫穩(wěn)定相：α-Co、β-Sm2Co17、SmCo5-x、α-Sm5Co19、

β-Sm5Co19、β-Sm2Co7、β-Sm、γ-Sm等。其中，SmCo5的物相狀態(tài)就是一大爭(zhēng)

議焦點(diǎn)，上述相圖中將其作為一個(gè)室溫穩(wěn)定相，而在2011年Okamoto基于文

[54]

獻(xiàn)調(diào)研對(duì)Sm-Co相圖重新描繪，將SmCo5以一種室溫下會(huì)分解的高溫穩(wěn)定相

來(lái)處理，事實(shí)上許多低溫回火實(shí)驗(yàn)也證實(shí)了SmCo5在室溫下將分解成相鄰的

Sm2Co17相和Sm2Co7相。近年來(lái)研究者通過(guò)優(yōu)化工藝或者添加元素的方法制備了

[18]

一些能夠在室溫下以單相形式存在的亞穩(wěn)相，例如SmCo7、SmCo9.8等，具有

開(kāi)發(fā)成為新一代高溫永磁材料的潛力。北京工業(yè)大學(xué)宋曉艷教授研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)

現(xiàn)并證實(shí)晶粒尺寸可以調(diào)控合金物相的相穩(wěn)定性[17,19,55,56]，隨后，提出了引入晶

粒尺寸因素的納米尺度Sm-Co相圖，在一定的晶粒尺寸下，這些亞穩(wěn)相也可成

為包含尺度效應(yīng)的相圖中的穩(wěn)定相[19]。

圖2Co-Sm二元相圖

如圖3所示的是通過(guò)谷歌學(xué)術(shù)搜索引擎對(duì)各種配比的Sm-Co二元化合物進(jìn)

行搜索后得到的結(jié)果數(shù)量，可反映過(guò)去人們對(duì)于每種Sm-Co化合物研究的熱度。

可見(jiàn)，研究人員對(duì)這些化合物的研究熱度差別很大，一些被發(fā)現(xiàn)有著較高磁性能

的二元化合物如SmCo5、Sm2Co17等與其他化合物有著數(shù)量級(jí)的差別。其他穩(wěn)定

相SmCo2、Sm2Co7等，其搜索結(jié)果往往是由于這種物相在相分解行為中的出現(xiàn)

而造成的關(guān)鍵詞匹配。除了傳統(tǒng)的穩(wěn)定相外，人們關(guān)注最多的是亞穩(wěn)相SmCo7，

該物相的成分組成處于第一代稀土永磁合金和第二代稀土永磁合金之間，被認(rèn)為

有較大潛力開(kāi)發(fā)成為新一代高溫永磁合金。

圖3谷歌學(xué)術(shù)搜索引擎中Sm-Co各化合物相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果數(shù)量

2.2Sm-Co合金磁性能指標(biāo)體系

Sm-Co合金甚至所有的磁性材料數(shù)據(jù)共享的難點(diǎn)在于磁性指標(biāo)體系的復(fù)雜

性，這種復(fù)雜性主要是由于磁性單位制的多樣性和檢測(cè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的多樣性造成的。

盡管國(guó)際上一直在推動(dòng)國(guó)際單位制或測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程，但在稀土永磁材料

行業(yè)內(nèi)完成標(biāo)準(zhǔn)化的要求并不容易，一些非標(biāo)準(zhǔn)的單位制或測(cè)試方法能夠更習(xí)慣

甚至更方便的被使用。數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)須充分考慮行業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)的客觀狀態(tài)，因此對(duì)

這種磁性指標(biāo)體系的梳理是構(gòu)建Sm-Co體系數(shù)據(jù)庫(kù)的重要環(huán)節(jié)，這里首先對(duì)單

位制和測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的背景做簡(jiǎn)要介紹。

2.2.1永磁材料研究中常見(jiàn)的磁學(xué)單位制

(1)高斯單位制

由于缺乏系統(tǒng)的物理學(xué)認(rèn)識(shí)，早期人們以各種各樣的相對(duì)單位制來(lái)表示磁學(xué)

中的各種物理量。直到19世紀(jì)初，出現(xiàn)了絕對(duì)靜電場(chǎng)單位制（Electrostaticunit,

簡(jiǎn)稱esu）和絕對(duì)電磁場(chǎng)單位制（Electromagneticunit,簡(jiǎn)稱emu）兩種被物理

學(xué)家認(rèn)可的形式[57]。前者是通過(guò)庫(kù)侖定律，對(duì)電場(chǎng)中一系列物理學(xué)量進(jìn)行定義的

單位制，規(guī)定了相距1cm且作用力為1dyn（1N=100000dyn）的兩個(gè)等量點(diǎn)電

荷分別具有1esu的電量。后者則是通過(guò)安培定律，對(duì)磁場(chǎng)中一系列物理學(xué)量進(jìn)

行定義的單位制，規(guī)定了距離1cm的長(zhǎng)度為1cm的等電流導(dǎo)線產(chǎn)生2dyn的作

用力，其電流的大小定義為1emu。1832年高斯從三個(gè)最基本的物理量（長(zhǎng)度單

位厘米、質(zhì)量單位克和時(shí)間單位秒）出發(fā)，結(jié)合絕對(duì)靜電單位制和絕對(duì)電磁單位

制創(chuàng)造了高斯單位制，根據(jù)其基本物理量的首字母也將這種單位制稱為CGS高

斯制[58]。

對(duì)于永磁材料而言，最重要的公式是該單位制對(duì)于磁化強(qiáng)度M（即單位體

積的磁矩）、磁感應(yīng)強(qiáng)度B和外加磁場(chǎng)強(qiáng)度H之間關(guān)系和單位的定義，即：

π(1-1)

其中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的單位?