材料物理課件 Chap7.37.4磁性材料

1、材料物理課件 Chap7.3-7.4磁性材料7.3.1 軟磁材料概述 7.3.1.1 定義和應用范圍 軟磁材料是具有低矯頑力低矯頑力、高磁導率的合金高磁導率的合金。其磁滯回線是細長的。 HC 400A/m 叫軟磁；叫軟磁； HC：400-20000A/m 叫半永磁；叫半永磁； HC 20000A/m 叫永磁。叫永磁。 除少數(shù)用在直流磁化狀態(tài)外，大多數(shù)用于交流磁化狀態(tài)。例如，電磁鐵極頭、極靴、磁屏蔽、磁導體、電機和變壓器鐵心、繼電器、扼流圈、電感器、磁頭放大器等的鐵心、磁頭、微波器件等等。 功能：能量、信息的轉(zhuǎn)換、傳輸和存儲的作用。 矯頑力矯頑力是材料在正向加磁場使磁化強度達到飽和，然后去掉磁場

2、，再反向加磁場直到磁化強度為零，其相對應的磁場稱為矯頑力HC。 7.3.1.4 影響軟磁材料性能的冶金和物理因素 Ms、Tc、HK（各向異性場）等參數(shù)是結構不敏感參量，屬內(nèi)稟特性；磁導率、HC、損耗、剩磁比等參數(shù)是結構敏感參量，其性能與雜質(zhì)含量、應力、晶體取向、晶粒大小、晶體缺陷、各向異性等參數(shù)有關，是由制備條件和工藝決定的，為非內(nèi)稟特性。1）雜質(zhì)）雜質(zhì) 一般情況下，雜質(zhì)對軟磁性是有害的，特別是形成間隙固溶體的雜質(zhì)（C、N、O、H等），因為晶格畸變造成的應力是疇壁移動的阻力。如果不固溶而形成化合物夾雜則更有害，使Hc提高，磁導率下降。若是代位固溶雜質(zhì)（Mn、Cu、Si等）影響較小。 但并非一切

3、雜質(zhì)都是有害的。在一定情況下也可起到有利的作用。如硅鋼中的MnS、AlN等為有利夾雜，有利于獲得再結晶織構。 在工業(yè)生產(chǎn)上要特別注意控制雜質(zhì)的含量。原材料要純凈，采用真空熔煉，氫氣退火等。2）合金元素）合金元素合金化是發(fā)展磁性合金的必由之路，因為純金屬顯然不能滿足磁性材料的各種特性要求。對于軟磁合金來說，加入的合金元素應能滿足以下條件之一。 (1)提高電阻率提高電阻率,減小渦流效應。減小渦流效應。例如在純Fe中加入3%Si，提高了電阻率，發(fā)展成為硅鋼片；在79%Ni-Fe合金中加入4-5%Mo發(fā)展成為鉬坡莫合金。 (2)提高飽和磁感應強度。提高飽和磁感應強度。對于Ni基合金，加入Fe或Co可以

4、提高Bs值；對于Fe基合金，能提高其磁感的元素僅有Co，加入35%Co可使其Bs值從純Fe的2.15T增加到2.4T以上，這是目前Bs值最高的合金。 (3)提高磁導率，降低矯頑力。提高磁導率，降低矯頑力。要求加入的合金元素應能使合金的磁晶各向異性常數(shù)和磁致伸縮系數(shù)下降，最好能使兩者或其中之一趨近于零。選擇Fe-Ni、Fe-Si等系列的基本考慮即如此。3）晶體織構）晶體織構 利用晶體取向獲得磁晶各向異性，可大大改善磁性能。如硅鋼取得合理的織構可大大降低損耗，提高性能；Fe-Ni合金（Ni較低）形成（100）001的立方織構也可改善磁性。但并不是一切織構都好，如電機硅鋼片要求各向同性，否則反而有害

5、。 4）有序）有序無序轉(zhuǎn)變無序轉(zhuǎn)變 合金發(fā)生有序無序轉(zhuǎn)變時，磁晶各向異性常數(shù)和磁致伸縮系數(shù)發(fā)生明顯的變化。有序度不同，其值不同。通過熱處理（冷卻速率、Tc以下的保溫時間等）可以改變有序度，使K1、s0，使軟磁性能提高。有序結構的種類如圖。 (1) CsCl型結構。型結構。如含50%(at)的Fe-Co合金，Co原子位子體心立方點陣的中心位置，F(xiàn)e原子位于尖角端點，如圖（a）所示。 (2) AuCu3型結構型結構。如含75%(at)的Ni-Fe合金，可形成Ni3Fe有序結構，其中Ni位于面心立方晶胞的面心位置，F(xiàn)e原子位于晶胞的尖角位置，如圖（b）所示。 (3) Fe3Al型有序結構型有序結構。

6、單位晶胞如圖（c）所示。在完全的Fe3Al有序結構中，F(xiàn)e原子占據(jù)點陣中的a、c、d位置，Al原子占據(jù)b位置。在無序的Fe3Al中，a、b、c、d位置可以任意為Fe或Al原子占據(jù)。當Al原子數(shù)高于34%時，在合金中形成部分FeAl型有序結構。此時Fe原子占據(jù)a、c位置：Al原子占據(jù)b、d位置。 軟磁合金中的有序結構5）磁場退火）磁場退火 磁性材料在居里溫度以下退火時加外磁場有可能形成感生各向異性。即形成人工控制的磁各向異性，從而改變磁性能。 如65Ni-Fe合金 * 在緩冷時，K10。 * 縱向磁場退火后，沿外加磁場方向的磁滯回線為矩形（矩磁合金）。 * 垂直于磁場方向（橫向退火）磁滯回線接近

7、直線-恒導磁。 65Ni-Fe合金經(jīng)不同熱處理后的磁滯回線（a）1000退火，快冷；（b）1000緩冷；（c）從1000在縱向磁場中冷卻；（d）從1000橫向磁場中冷卻。6）應力）應力 當磁性材料加以宏觀的彈性應力時，通過彈性應力和磁致伸縮的耦合而使磁化強度的方向發(fā)生變化。磁彈性能為： 對于正磁致伸縮材料，s0，施加張力（0）時，=0時，E最低。即易磁化方向沿張力方向；施加壓力時，沿壓力方向的磁化困難。s0的材料，結果正相反。注意：應力變形或退火使性能改善或惡化。而軟磁材料殘留應力則更為有害。因此軟磁材料生產(chǎn)要注意成品退火以消除應力；使用中也要予以注意。7）塑性變形）塑性變形 軟磁材料的生產(chǎn)大

8、多需要塑性變形。但變形后，晶格扭曲，產(chǎn)生應力將損害軟磁性能。伴隨塑性變形，必須配合以退火處理(中間退火、最終退火)，以保證應力減到最小。此外，變形產(chǎn)生的應力會造成感生各向異性，對磁性能產(chǎn)生明顯的影響。 cos23sE7.3.2 電工純鐵電工純鐵 純鐵是最便宜、易加工、應用最早的軟磁材料，也是其他軟磁材料的原材料。純鐵包括：工業(yè)純鐵、電解鐵、羥基鐵工業(yè)純鐵、電解鐵、羥基鐵幾類。工業(yè)純鐵是用電爐、平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉的，雜質(zhì)總含量0.2%，C0.04%。電解鐵是工業(yè)純鐵電解產(chǎn)物，純度較高，C0.006%。羥基鐵是化學提純的產(chǎn)物，純度高，但價格高，用作磁介質(zhì)的原料。 電工純鐵的飽和磁感應強度為2.15T，

9、磁導率較高，矯頑力較低（70-90A/m），但電阻率低（ ），鐵損較大。 純鐵主要用在直流磁場下。如電磁鐵鐵心和極頭繼電器鐵心和銜鐵、磁屏蔽罩等。 cm10純鐵的Bs高，但電阻率低，鐵損大，使用受限制。Fe中加Si成為硅鋼片成為用途最廣、用量最大的軟磁材料。世界年產(chǎn)幾百萬噸，占鋼材總量的1%左右。主要用于電機、變壓器鐵心；電源變壓器、脈沖變壓器、磁放大器、繼電器、電感線圈的鐵心等。1.無取向硅鋼無取向硅鋼：熱軋無取向硅鋼片、冷軋無取向硅鋼片；特點：特點：比熱軋硅鋼比熱軋硅鋼Bs高，鐵損低，板性形表面質(zhì)量好。應用在電機中。含高，鐵損低，板性形表面質(zhì)量好。應用在電機中。含Si量為量為1-3%。硅鋼

10、片盡可能為各向同性。硅鋼片盡可能為各向同性。2. 取向硅鋼取向硅鋼 各向同性的無取向硅鋼片性能較低。為提高磁性能，采取獲得晶體織構的方法，即利用Fe-Si合金的磁晶各向異性。Fe-Si合金的易磁化方向是100，難磁化方向是111。100方向有最佳的磁性能。工業(yè)用金屬材料是多晶體，各晶粒取向是紊亂的。如果能把各晶粒的易磁化方向按一定方向規(guī)則排列，稱之為晶體織構（也叫擇優(yōu)取向）。那么在該方向使用就有最佳磁性。Fe-Si合金有兩種織構：高斯織構（110）001，單取向；通過二次冷軋和再結晶退火的工藝獲得通過二次冷軋和再結晶退火的工藝獲得的的立方織構（100）001，雙取向。是由二次再結晶獲得的。是由

11、二次再結晶獲得的。立方織構高硅鋼在性能上優(yōu)于高斯織構，表現(xiàn)為磁導率高，但難以批量立方織構高硅鋼在性能上優(yōu)于高斯織構，表現(xiàn)為磁導率高，但難以批量生產(chǎn)。生產(chǎn)。鐵鎳軟磁合金的主要成分是鐵、鎳、鉻、鋁、銅等元素。在弱磁場及主要成分是鐵、鎳、鉻、鋁、銅等元素。在弱磁場及中等磁場下具有高的磁導率，低的飽和磁感應強度，很低的矯頑力，中等磁場下具有高的磁導率，低的飽和磁感應強度，很低的矯頑力，低的損耗。該合金加工性能良好，可軋成低的損耗。該合金加工性能良好，可軋成3 3mmmm厚的薄帶，厚的薄帶， 可可500500kHzkHz的的高頻下應用。高頻下應用。鐵鎳軟磁合金與電工鋼相比性能優(yōu)越，被廣泛地應用于電訊工業(yè)

12、，儀表，電子計算機，控制系統(tǒng)等領域，只是價格昂貴。此外，工藝參數(shù)變動對其磁性能影響很大，因此，產(chǎn)品性能不夠穩(wěn)定。 Fe-Ni合金有70多種成分，牌號300多個。按性能可分：1）一般軟磁材料）一般軟磁材料：（a）高導磁合金：70-80%Ni，加入Mo、Cr、Cu、V等。導磁率最高。有1J79（Ni79Mo4）、1J85（Ni80Mo5）、1J86（Ni81Mo6）、1J77（Ni77Mo5Cu4）等。（b）高導磁高磁感合金：45-65%Ni。如1J46（Ni46）、1J50（Ni50）等。2）熱磁合金熱磁合金：約30%Ni。居里點接近室溫，Bs隨溫度線性下降，作溫度補償材料。有Ni30、Ni32

13、、Ni38Cr13等。3）矩磁合金）矩磁合金：65%Ni左右，Br/Bs1。1J65、1J67（Ni65Mo2）等。4 4）恒導磁合金）恒導磁合金：在一定磁場范圍內(nèi)，磁導率恒定（或變化很小），磁滯回線呈扁平狀。Ni45Co25、Ni50、Ni65。 7.3.5 7.3.5 鐵氧體鐵氧體軟磁材料軟磁材料 鐵氧體鐵氧體:鐵的氧化物和其它一種或幾種金屬氧化物組成的復合氧化物。 比如：Fe2O3MeO。材料產(chǎn)生的背景材料產(chǎn)生的背景：通訊業(yè)的快速發(fā)展，迫切需要適于更高頻率下工作的，電阻率更高、渦流損耗更低的軟磁材料。軟磁鐵氧體正是在這種背景下應運而生的。它的電阻率高，渦流損耗低。 電工純鐵，其電阻率只有

14、107m； 而NiZn鐵氧體的電阻率可高達108m，渦流損耗小，適用于高頻及超高頻（微波領域）磁場條件下。基本特性：高起始磁導率i高品質(zhì)因數(shù)Q高穩(wěn)定性高截止頻率fr晶型晶型分子式分子式代表材料代表材料 磁特性磁特性 尖晶石型MeFe2O4 Mn(Zn)Fe2O4, Ni(Zn) Fe2O4 軟磁磁鉛石型MeO6Fe2O3 Co2Z, BaO6Fe2O3, SrO6Fe2O3 軟磁或永磁石榴石型 R3Fe15O12 Y3Fe15O12 旋磁鐵氧體材料分類注：Me代表2價金屬離子；R代表稀土離子。 主要用途：計算機、通訊、自動控制、航空航天、儀器儀表、醫(yī)療、汽車工業(yè)。鐵氧體軟磁晶體結構鐵氧體軟磁晶

15、體結構1. 具有尖晶石型晶體結構。vMeFe2O4中，2價金屬離子Me可以是 Mn2，Zn2+，Ni2+，Mg2+，Co2+。v實用軟磁鐵氧體： Mn-Zn, Ni-Zn, Mg-Zn, Cu-Zn等體系。類型類型軟磁特性軟磁特性主要用途主要用途MnZnMnZn鐵氧體鐵氧體較高的飽和磁感應強較高的飽和磁感應強度，工作頻率在度，工作頻率在10103 3- -10106 6HzHz（低頻段）（低頻段）各種變壓器，磁頭各種變壓器，磁頭材料以及通訊用線材料以及通訊用線圈等。圈等。NiZnNiZn鐵氧體鐵氧體具有較高的電阻率，具有較高的電阻率，工作頻率在工作頻率在10105 5-10-108 8HzHz

16、民用電器設備中的民用電器設備中的電感器，棒狀天線電感器，棒狀天線等。等。MgZnMgZn鐵氧體鐵氧體工作頻率最高，工作工作頻率最高，工作頻率在頻率在10108 8-10-109 9 HzHz微波通訊領域。微波通訊領域。數(shù)微米數(shù)十微米的晶粒和晶界構成數(shù)微米數(shù)十微米的晶粒和晶界構成例子例子:MnZn:MnZn鐵氧體的顯微組織鐵氧體的顯微組織Co2Z 鐵氧體的截止頻率為1.5GHz, 用IrO2取代Co2Z中的鐵，截止頻率可以達到8GMz。2. 具有六角晶系鐵氧體結構。7.4永磁材料7.4.1 永磁材料的基本指標 7.4.2 提高永磁體性能的途徑7.4.3 金屬永磁材料7.4.4 鐵氧體永磁材料7.

17、4.5 稀土永磁材料7.4.1 永磁材料的基本指標 永磁材料是指被外加磁場磁化后，除去外磁場，仍能保持較強磁性的一類材料。永磁材料的基本要求：（1）剩余磁感應強度Br要高（2）矯頑力Hc(MHC, BHC)要高（3）最大磁能積（BH）max要高（4）材料穩(wěn)定性要高在理想條件下的永磁體（矩形磁滯回線，MHC充分大）（BH）max=0MS2/47.4.2 提高永磁體性能的途徑永磁體的最大磁能積（BH）max是表征永磁體性能的最主要指標，因此要求Br和矯頑力Hc盡可能大。7.4.2.1 提高材料的剩磁Br （Br/Bs接近1） 定向結晶定向結晶柱狀晶的磁性能往往介于單晶材料和普通等軸晶之間，柱狀晶晶

18、粒長大方向往往是它的易磁化軸方向。（例如：AlNiCo合金）2. 通過塑性變形形成織構通過塑性變形形成織構Fe-Cr-Co永磁合金制作薄板或細絲時，通過塑性加工，使析出物產(chǎn)生織構而誘導磁各向異性。3. 磁場成型磁場成型在永磁體加工成型過程中加外磁場，使磁性顆粒的易磁化軸沿外磁場方向取向，再高溫燒結和回火，得到較高的Br.4. 磁場熱處理磁場熱處理將材料在外磁場中熱處理，控制鐵磁相的析出形態(tài)，使磁距沿外磁場方向擇優(yōu)取向。7.4.2.2 提高材料的矯頑力Hc材料的矯頑力主要是由疇壁不可逆移動和不可逆轉(zhuǎn)動形成的。其大小是由各種因素（如磁各向異性、摻雜、晶界等）對疇壁不可逆位移和磁疇不可逆轉(zhuǎn)動的阻滯作

19、用的大小來決定的。1. 磁疇的不可逆轉(zhuǎn)動某些永磁材料是由非常細小的顆粒粘結而成，其中的許多顆?？赡苤缓幸粋€磁疇，即單疇顆粒。單疇的臨界尺寸為：2029ScMr式中，為單位面積的疇壁能。磁疇內(nèi)的磁化矢量要從一種取向轉(zhuǎn)動到另一個取向，必須克服來自各種磁各向異性對轉(zhuǎn)動的阻滯。在永磁合金中磁各向異性主要有三種：磁晶各向異性、形狀各向異性、和應力各向異性。如果單疇顆粒之間的相互作用可以忽略不計，并且各個磁疇內(nèi)磁化矢量的轉(zhuǎn)動屬于一致轉(zhuǎn)動，則材料的總矯頑力為：SSSSCMcMNNbMKaH001)(長軸短軸上式中，右邊三項依次為磁晶各向異性、形狀各向異性、和應力各向異性的貢獻。N是退磁因子，a、b、c是和

20、顆粒的晶體結構取向分布有關的函數(shù)。（1）對于高Ms的單疇材料最好通過形狀各向異性來提高矯頑力，希望磁體的細長比越大越好，以增大（N短軸-N長軸）值。（2）對于高K1和S的材料應該利用磁晶各向異性和應力各向異性來提高矯頑力。（3）各單疇顆粒取向狀況（反映在系數(shù)a、b、c 的相對大?。﹩萎狀w粒取向完全一致時，a=2, c=1;單疇顆粒取向完全混亂分布時，a=0.64(立方晶系，K11）或a=0.96(單軸晶體），c=0.48。所以在大塊單疇材料中，當所有單疇顆粒的易磁化軸（長軸）方向完全排列時，材料的永磁性能最高。由單疇顆粒的磁各向異性產(chǎn)生的高矯頑力的永磁材料中，屬于形狀磁各向異性機制有：Al-N

21、i-Co合金、Fe-Cr-Co合金；屬于磁晶各向異性機制的而又Nd2Fe14B、鋇氧體。2. 疇壁的不可逆位移（1）對疇壁的不可逆位移產(chǎn)生阻滯（增強阻滯）增大非磁相摻雜含量并控制形狀（最好是片狀摻雜）和彌散度（使摻雜尺寸和疇壁寬度相近），同時應選擇高磁晶各向異性材料；或增加材料的內(nèi)應力的起伏，同時選擇高磁致伸縮材料。（2）應有強烈的疇壁釘雜效應（提高釘雜場）材料在反磁化過程，當反向場低于釘雜場時，疇壁基本固定不動，只有反向場超過釘雜場時，疇壁才能掙脫束縛發(fā)生不可逆位移。晶體中各種缺陷、位錯、晶界、堆垛層錯、相界等都是疇壁釘雜點的重要來源。7.4.3 金屬永磁材料淬火硬化型磁鋼淬火硬化型磁鋼 包

22、括碳鋼、鎢鋼、鉻鋼、鈷鋼、鋁鋼等。它們的矯頑力主要是通過高溫淬火手段，把奧氏體組織轉(zhuǎn)變成馬氏體。矯頑力和磁能積比較低。 2. 析出硬化型磁鋼析出硬化型磁鋼（1）Fe-Cu系合金，應用于鐵簧繼電器；（2）Fe-Co系合金，應用于半固定裝置的存儲元件；（3）AlNiCo系合金（FeNiAl），應用最廣泛。3. 時效硬化型永磁合金時效硬化型永磁合金 它的矯頑力是通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得。它的加工性能好。4. 有序硬化型永磁合金有序硬化型永磁合金 包括錳鋁、鈷鉑、鐵鉑、錳鋁和錳鋁碳的合金。它的特點是在高溫下處于無序狀態(tài)，經(jīng)過適當?shù)拇慊鸷突鼗鸷?，無序相析出彌散分布的有序相，從而提高合金的矯

23、頑力。一般用來制造磁性彈簧、小型儀表元件和小型磁力馬達的磁系統(tǒng)。7.4.4 鐵氧體永磁材料工業(yè)上得到廣泛應用的永磁鐵氧體材料主要有鋇鐵氧體鋇鐵氧體(BaO6Fe2O3)、鍶鐵氧體鍶鐵氧體(SrO6Fe2O3)兩大類。鉛鐵氧體(PbO6Fe2O3)用得較少。和金屬永磁材料一樣，硬磁鐵氧體材料也要求具有高矯頑力、高剩磁和高磁能積。硬磁鐵氧體的磁性能與配方(成分)、工藝、顯微組織結構有關。磁性能主要由下列因素來決定磁性能主要由下列因素來決定: :(1)，硬磁鐵氧體的矯頑力由單疇粒子的磁晶各向異性常數(shù)來決定，鐵氧體的孤立單疇粒子的臨界尺寸為dc=0.90m，而許多同類顆粒的集合體中，其單疇臨界尺寸是d

24、c的2-3倍。為獲得高矯頑力最好將其晶粒尺寸控制在幾個m范圍內(nèi)，為此須合理地控制燒結溫度和燒結時間。雖然提高燒結溫度和延長燒結時間可提高其致密度，有利于剩磁的提高，但燒結溫度過高，燒結時間過長，要引起晶粒長大，而導致矯頑力顯著下降；(2)，應使其相對密度達到98%以上；(3)，盡可能使六角晶體的C軸沿取向軸方向平行取向，當取向度達到100%時，其剩磁可達到Br=0Ms；(4)，這也是提高其剩磁和最大磁能積的重要途徑。 第一代第一代第二代第二代第三代第三代第四代第四代稀土永磁SmCo5Sm2Co17Nd2Fe14B ?晶體結構CaCu5型六角晶系六角或菱方結構四方晶系低對稱晶系Js(T) oMs

25、1.141.251.61.8Tc (oC)727920320300HA(T)25-446.57 7(BH)m(kJ/m3)200(259)*250(310)462(512) 600*( ) 代表(BH)m理論值。納米復合稀土永磁納米復合稀土永磁（BH)m(理論理論） 800（kJ/m3)工藝：速凝；氫爆；雙合金工藝：速凝；氫爆；雙合金7.4.5 稀土永磁材料 7.4.5.1 稀土過渡族金屬間化合物的結構和磁性 從周期表中電子軌道的特殊性看，與磁性有緣的元素： 3d過渡族過渡族（TM）Fe、Co、Ni、Cr、Mn、Ti、V； 4f過渡族過渡族（R）：包括Y在內(nèi)的稀土元素。稀土和3d過渡族可組成多

26、種比例的金屬間化合物，包括：RTM2、RTM5、R2TM19等。從RTM2到RTM5間有 (n+2) / (5n+4)的關系式。n=0 RTM2 n=1 RTM3 n=2 R2TM7 n=3 R5TM19 n=4 RTM4 n=無窮大 RTM5其中，3d只有Fe、Co、Ni、Mn的R-TM金屬間化合物有磁矩。研究得知，R-Mn化合物或為低Tc的亞鐵磁性，或為反鐵磁性；R-Ni化合物的磁矩很低，R-Fe化合物為鐵磁性活亞鐵磁性，但一般Tc低；R-Co化合物大多數(shù)為鐵磁性，Ms高，Tc高，成為永磁的可能最大。7.4.5.2 SmCo5永磁合金第一代稀土永磁SmCo5永磁合金是用燒結方法制備的。工藝

27、流程工藝流程：冶煉制粉成型燒結熱處理切磨加工檢驗。由于稀土永磁容易氧化，所以冶煉、制粉、成型、燒結和熱處理等工序要在Ar氣中進行。 SmCo5的磁化曲線和退磁曲線如圖。由磁化曲線看出，隨外磁場增加，磁化強度很快達到飽和。但未磁化到飽和就反磁化時，Hc很低。說明無論是磁化還是反磁化，疇壁易移動。未飽和時呈現(xiàn)殘余疇壁的狀態(tài)，很小的反磁化場就使疇壁移動，所以Hc很低。當磁化到飽和時，疇壁消失，Hc達到最高。說明反磁化疇的形成必須在高場下形核并長大，Hc受形核場控制。此矯頑力機制叫形核機制。 7.4.5.3 Sm2Co17永磁合金-第二代稀土永磁Sm2Co17的飽和磁化強度比SmCo5更大，有希望性能

28、更高。但磁晶各向異性常數(shù)小于SmCo5，矯頑力不高。研究發(fā)現(xiàn)，往Sm2Co17中加入Cu，可分解成兩相- Sm(Co、Cu)5和Sm2(Co，Cu)17。利用此開發(fā)了Sm2(Co,Cu)17 和Sm2(Co,Cu,Fe)17型永磁-第二代稀土永磁。加入Fe是為了提高飽和磁化強度，但過量會降低矯頑力，因此Fe控制在低于5%。若再加入Ti不僅矯頑力提高，還可將Fe含量提高一倍以上。后來又發(fā)現(xiàn)Zr、 Hf也很有效。以此Sm2(Co,Cu,Fe,M)17 (M=Ti、Zr、Hf、Ni)合金投入生產(chǎn)。 2-17型合金的Tc高達850，Br可逆溫度系數(shù)為-0.036%/。不可逆損失很小，150時，低于-2

29、%。磁溫度穩(wěn)定性僅次于Alnico合金。2-17型合金的成分實際為Sm(Co,Cu,Fe,M)Z，其中Z=6.6-7.8。 2-17型合金的顯微結構為胞狀結構，約500的富Fe、Co的Sm2(Co,Cu,Fe,M)17主相（2-17相）被富Sm、Cu的100厚的Sm(Co,Cu,Fe,M)5相（1-5相）包圍。 由于1-5和2-17相的疇壁能不同，在磁化和反磁化時2-17相中的疇壁被1-5相釘扎，矯頑力受釘扎場控制。從其磁化曲線和反磁化曲線看出，由于疇壁釘扎隨磁化場增加，磁化曲線升高緩慢，當外磁場大于釘扎場時才迅速磁化到飽和。未磁化到飽和便反磁化時也有較高的矯頑力。說明該合金的矯頑力完全由疇壁

30、移動困難控制，屬典型的釘扎機制。 2-17型合金的制造工藝與SmCo5大體相同，不同的只是燒結和熱處理。特別是熱處理采用固溶處理、等溫（或分級）時效的方法。固溶溫度為1130-1170，以獲得均勻的單相化合物固溶體。在經(jīng)過800以下的等溫（或分級）時效，分解成尺寸適當、成分差別較大的胞狀結構。 7.4.5.4 稀土鐵永磁合金第三代稀土永磁尋找鐵基永磁合金具有R-Co合金的優(yōu)異性能是一直追尋的目標。但由于R-Fe（RFe5）化合物的六方結構不穩(wěn)定，R2Fe17化合物的居里溫度(Nd2Fe17:54)太低，都不適于永磁合金。因此，從多元R-Fe-X化合物入手。 自l980年開始，Croat、Koo

31、n等人廣泛研究了Pr-Fe、Nd-Fe系微晶永磁，并把B作為類金屬元素加入，將新型稀土永磁材料研究引入到R-Fe-B系方向。在l983年幾乎是同時，Croat、Hadjipanyis、Koon等人先后用快淬快淬和隨后熱處理的辦法將R-Fe-B做出具有高矯頑力的永磁體，其磁硬相最終確定為R2Fel4B相。日本Sagawa等人則另辟蹊徑，首先用粉末冶金法粉末冶金法研制出更高性能的Nd-Fe-B永磁體，磁能積高達288 kJ/m3，從而宣告了具有重大意義的新一代稀土永磁材料的誕生。隨后，各國學者一直致力于其磁性能的提高。1993年10月美國金屬學會年會上，住友公司又宣布己中試規(guī)模生產(chǎn)出磁能積高達43

32、3.6 kJ/m3的磁體。到目前為止，Nd-Fe-B是永磁材料中磁性能最高的。R-Fe-B系永磁材料具有異常優(yōu)異的磁性能，且原料資源豐富，是一種具有廣闊發(fā)展前景的永磁材料，目前正逐步取代Sm-Co系永磁體和鑄造永磁體，能否取代鐵氧體永磁體，則取決于它的成本能否進一步降低。 7.4.5.4.1、R-Fe-B化合物的結構與磁性最典型的是Nd2Fe14B化合物。它屬于四方晶系，空間群為P42/mnm，單胞的空間結構示于圖中。它由四個Nd2Fe14B分子組成。在一個晶胞內(nèi)有68個原子，其中有8個Nd原子、56個Fe原子、4個B原子。這些原子分布在9個晶位上：Nd原子占據(jù)4f、4g兩個晶位，B原子占據(jù)4

33、g晶位，F(xiàn)e原子占據(jù)6個不同的晶位，即16K1、16K2、8j1、8j2、4e和4c晶位。Nd2Fe14B具有單軸各向異性，易磁化軸為C軸，有很強的磁晶各向異性。在293K測得的Nd2Fe14B化合物的磁晶各向異性常數(shù)K1的平均值為5.0MJ/m3，K2的平均值為0.66MJ.m3 。Nd2Fe14B的飽和磁化強度最高，為1.6T。其次是Pr、Sm、La、Ce，重稀土的較低。其各向異性場以Pr、Tb、Dy為最高，隨溫度升高，HA降低。相對于Co基合金，R2Fe14B化合物的居里溫度都不高。 5.4.2 Nd-Fe-B磁體制備工藝目前，Nd-Fe-B磁體的制備工藝主要有：燒結法和粘結法 。 1.

34、燒結法1983年由日本住友特殊金屬公司Sagawa等人首先制備成燒結Nd-Fe-B永磁體。燒結Nd-Fe-B系永磁體采用傳統(tǒng)粉末冶金工藝，工藝流程為：冶煉鑄錠 破碎制粉（平均粒徑約為3m） 磁場取向成型 （800kA/m，壓力約200MPa） 燒結(1080) 回火(600左右) 機械加工與表面處理 檢測 Nd2Fe14B是經(jīng)包晶反應包晶反應生成的。 1270: 結晶出初次晶Fe Tp：1185 Fe+L Nd2Fe14B（T1）+L TB：1090： Nd2Fe14B+LNd2Fe14B+富B相（T2）+L TN=655 ： L+Nd2Fe14B+T2Nd2Fe14B +T2+Nd 冷卻速度

35、為103/s，初晶和包晶反應被抑制，直接從液相中結晶出Nd 2Fe14B 鑄 態(tài) 組 織成分為Nd15Fe77B8的燒結磁體是多相組織，包括：Nd2Fe14B、Nd1+Fe4B4（富B相）、富Nd相（Nd95Fe5）。主相的平均粒徑約為10m，占整個體積的85%以上。富B相以孤立塊狀或顆粒存在于角隅處。富Nd相存在于晶界處，它是低熔點化合物，熔點大約為580。燒 結 后 組 織 富富NdNd相的作用相的作用： 在粉末冶金中富Nd相成為液相時磁體致密化； 退火時使晶粒表面光滑，減少反向疇的形核點，提高材料的Hc。 需要指出的是，合金只有主相，材料的Hc幾乎為零?，F(xiàn)達到430kJ/m3(54MGO

36、e)的合金成分是Nd13Fe80B7。 技術的改進技術的改進:橡皮模等靜壓（RIP）技術和鑄帶工藝（Strip Casting Process）技術的出現(xiàn)再次挖掘了燒結Nd-Fe-B永磁材料的磁性能潛力。由于RIP技術所需壓力較低，壓坯形狀規(guī)則和尺寸精確，可實現(xiàn)自動化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高。模具制造方便，造價較低，有利于生產(chǎn)批量小品種多的產(chǎn)品。通過鑄帶工藝可以獲得沒有-Fe析出的，晶粒結構微細而且均勻的薄帶。它能生產(chǎn)（BH）max高于400 kJ/m3的磁體，也能得到高Hci的磁體。它已經(jīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)高性能Nd-Fe-B磁體。 燒結燒結Nd-Fe-B永磁材料優(yōu)點是：永磁材料優(yōu)點是： 高磁能積。理論

37、磁能積為512 kJ/m3（64 MGOe），比Sm-Co合金高。機械強度比Sm-Co合金好。成本較低、原料資源豐富且不含戰(zhàn)略金屬Co和Ni等。燒結燒結Nd-Fe-B永磁材料缺點是：永磁材料缺點是：居里溫度低，溫度穩(wěn)定性差。Tc=312,限制了使用范圍。一般最高使用溫度低于150。耐蝕性、抗氧化性差。易生銹。通過合金化或表面包覆（鍍Ni、Zn，電泳處理等）處理解決。由于脆性大而很難以加工，除簡單形狀（方形、瓦形等）外，復雜外形加工幾乎不可能，而且加工過程損耗大，增加了燒結Nd-Fe-B器件的生產(chǎn)成本。 通過合金化來改善通過合金化來改善NdFeB材料的缺點：材料的缺點： Co：加Co取代Fe，可

38、以提高合金的Tc。 Dy：加Dy取代Nd，使材料的矯頑力提高、矯頑力溫度系數(shù)減小。原因是提高了材料的各向異性場。但加入Dy使材料的Br降低。 Al：加入Al使材料的各向異性場降低，但材料的iHc提高了近兩倍。這是由于顯微組織的變化引起的。加入Al，燒結時，減小了主相與液相間 的浸潤角。改變了邊界相。 Nb、Ga：有效提高了iHc和溫度穩(wěn)定性。Ga的作用比Al、Dy更大。 矯頑力機制矯頑力機制：結NdFeB的矯頑力機制主要是形核機制，疇壁釘扎為次要作用。 根據(jù)根據(jù)：晶粒尺寸遠大于單疇尺寸，晶粒為多疇； 熱退磁狀態(tài)，在較小的外場下疇壁易移動，疇壁光滑平整，晶界處有釘扎作用。 2. 粘結法粘結永磁體

39、是將永磁材料粉末與粘結劑和其它添加劑按一定比例均勻混合，然后用壓制，擠出或注射成型等方法成型后，（經(jīng)固化處理）制備而成的。與燒結磁體相比，粘結磁體具有如下優(yōu)點：（1）能制成復雜形狀的磁體；（2）能制成薄壁和不規(guī)則形狀的磁體；（3）可與其它器件一體成型，做成復合元器件；（4）可制成內(nèi)外圓多極磁體；（5）尺寸精度高，無需后加工；（6）成品合格率高，材料利用率高；（7）生產(chǎn)效率高等。缺點缺點是：磁性能低于燒結磁體、耐熱性較差、硬度和壓縮強度小、以及單位磁性能價格高等。 A、粘結NdFeB磁粉的制備工藝 Nd-Fe-B粘結磁體是眾多粘結永磁材料中性能最好、發(fā)展最快的。粘結 Nd-Fe-B永磁材料所用磁粉的制造方法主要有： (1)快淬法；(2)HDDR法；(3)氣體噴霧法；(4)機械合金