第5章永磁材料

1、1 第5章 永磁材料 衡量永磁體性能的重要指標衡量永磁體性能的重要指標 提高永磁體性能的途徑提高永磁體性能的途徑 金屬永磁材料金屬永磁材料 鐵氧體永磁材料鐵氧體永磁材料 稀土永磁材料稀土永磁材料 本章將要講述的主要內(nèi)容： 2 5.1 衡量永磁體性能的重要指標 剩磁剩磁高高 矯頑力矯頑力大大 最大磁能積最大磁能積大大 穩(wěn)定性穩(wěn)定性好好 MCBC HH 100% Z Z 最為重要最為重要 HC，Br等參量等參量 3 最大磁能積（BH）max H=0時，時，BH=0；B=0時，時，BH=0 所以在這兩個狀態(tài)之間所以在這兩個狀態(tài)之間BH必然存在最大值必然存在最大值 根據(jù)可以根據(jù)可以（BH）max確定確

2、定 永磁體的永磁體的最佳形狀最佳形狀。 B B 0BH 0H 0(BH)max S N S N S N 4 3.2 提高永磁體性能的基本途徑 為了提高磁能積，必須想辦法提高為了提高磁能積，必須想辦法提高剩磁剩磁Br和和矯頑力矯頑力HC 如何提高材料的剩磁如何提高材料的剩磁Br？ 定向結(jié)晶定向結(jié)晶 塑性變形塑性變形 磁場成型磁場成型 磁場處理磁場處理 使晶粒長大方向和易磁化軸方向一致使晶粒長大方向和易磁化軸方向一致 形成擇優(yōu)取向和織構(gòu)形成擇優(yōu)取向和織構(gòu) 使易磁化軸沿磁場取向使易磁化軸沿磁場取向 熱處理過程中析出的磁性顆粒沿磁場取向熱處理過程中析出的磁性顆粒沿磁場取向 5 如何提高材料的矯頑力HC

3、 材料的矯頑力主要是由疇壁的不可逆移動和磁疇材料的矯頑力主要是由疇壁的不可逆移動和磁疇 的不可逆轉(zhuǎn)動形成的。分別考慮：的不可逆轉(zhuǎn)動形成的。分別考慮： 磁疇轉(zhuǎn)動磁疇轉(zhuǎn)動 考慮單疇。矯頑力受到磁晶各向異性、形狀各向異性和應(yīng)考慮單疇。矯頑力受到磁晶各向異性、形狀各向異性和應(yīng) 力各向異性力各向異性 的影響：的影響： 1 00 S CS SS K Hab NNMc MM 對于對于MS大的材料，最好通過形狀各向異性來大的材料，最好通過形狀各向異性來 提高矯頑力，細長比越大越好，以增大提高矯頑力，細長比越大越好，以增大()NN 對于具有高對于具有高K1和和 S的材料，應(yīng)該利用磁晶各向異的材料，應(yīng)該利用磁晶各

4、向異 性和應(yīng)力各向異性來提高矯頑力性和應(yīng)力各向異性來提高矯頑力 6 疇壁的不可逆位移 釘扎點釘扎點 磁疇壁磁疇壁 初始消磁狀態(tài)初始消磁狀態(tài)疇壁被釘扎狀態(tài)疇壁被釘扎狀態(tài)疇壁從釘扎點撕脫出疇壁從釘扎點撕脫出 設(shè)法在材料中出現(xiàn)有效的釘扎點，形成晶格缺陷，設(shè)法在材料中出現(xiàn)有效的釘扎點，形成晶格缺陷， 是提高材料矯頑力的有效措施。是提高材料矯頑力的有效措施。 7 5.3 金屬永磁材料 根據(jù)形成高矯頑力的機理，可將永磁材料分為以下幾類：根據(jù)形成高矯頑力的機理，可將永磁材料分為以下幾類： 淬火硬化淬火硬化型磁鋼型磁鋼 析出硬化析出硬化型磁鋼型磁鋼 時效硬化時效硬化型永磁型永磁 有序硬化有序硬化型永磁型永磁

5、8 淬火硬化型磁鋼 種類 成分 （wt%） Br （T） HC （104A/m） (BH)max （kJ/m3） 碳鋼0.9C，余Fe0.950.401.59 鎢鋼0.7C，0.3Cr，6W，余Fe1.050.532.39 鉻鋼0.9C，3.4Cr，余Fe0.900.441.99 鈷鋼0.7C，4Cr，7W，35Co，余Fe1.202.077.96 鋁鋼2C，8Al，余Fe0.601.603.98 該類磁鋼的矯頑力主要是通過高溫淬火手段，把已經(jīng)加工 過的零件中的原始奧氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體組織來獲得 9 析出硬化型磁鋼析出硬化型磁鋼 永磁合金大致有以下三類：永磁合金大致有以下三類： Fe-Cu系

6、合金，主要用于鐵簧繼電器等方面；系合金，主要用于鐵簧繼電器等方面； Fe-Co系合金，主要用于半固定裝置的存儲元件；系合金，主要用于半固定裝置的存儲元件； AlNiCo系合金系合金 ，是金屬永磁材料中最重要的一類，是金屬永磁材料中最重要的一類 矯頑力機理，以AlNiCo磁鋼為例， 12 FeNiAlFeFeCoNiAl或 鐵磁性相1（Fe或FeCo）在非磁性相2中，以單磁疇 微粒子的形式析出，產(chǎn)生形狀各向異性型高矯頑力 10 熔煉、鑄錠 固溶化處理 磁場中冷卻 時效處理 加工處理 檢驗出廠 鑄型、配料 各向異性鋁鎳鈷永磁體的制備工藝簡圖 11 名稱 Br （T） HC （104A/m） (BH

7、)max （kJ/m3） 備注 等軸晶Alnico51.255.0139.80 半柱狀晶Alnico51.305.4147.76 柱狀晶Alnico51.301.405.576.3755.7263.68 等軸晶Alnico80.8511.1435.82 柱狀晶Alnico81.051.1011.9412.7471.6479.60 柱狀晶Alnico81.101.1111.5412.9091.5495.52加Si，3.5%Cu 柱狀晶Alnico81.1512.14106.66用種晶控制冷卻 含碳柱狀晶Alnico81.1411.5490.74加0.1%C 12 時效硬化型永磁合金時效硬化型永磁

8、合金 其矯頑力通過淬火、塑性變形和時效硬化的工藝獲得 時效硬化型永磁合金可以分為以下幾種： （1）-鐵基合金，其磁能積較低，一般用在電話接收機上。 （2）鐵錳鈦和鐵鈷釩合金。鐵錳鈦合金的磁性能相當(dāng)于低鈷 鋼， 主要用于指南針和儀表零件等。鐵鈷釩硬磁合金磁 能積大約 在2433kJ/m3 ，制造微型電機和錄音機磁性零件 （3）銅基合金，其磁能積約為615kJ/m3，可用于測速儀和轉(zhuǎn)速 計 ； （4）Fe-Cr-Co系永磁合金 ，其基本成分為：20%33%Cr， 3%25%Co，其余為鐵，永磁性能類似于中等性能的 Alnico永磁合金，用于揚聲器、電度表、轉(zhuǎn)速表、陀螺 儀、 空氣濾波器和磁顯示器等

9、 13 FeCrCo合金的磁性能 成分（wt%，余為鐵）BrHC(BH)max 工藝特點 CrCoMoTiCu（T）（104A/m）（kJ/m3） 3231.293.5732磁場處理，回火 3051.344.2042磁場處理，回火 26101.51.444.7054磁場處理，回火 3311.521.156.0550形變時效 22151.51.565.0966磁場處理，回火 331621.297.0065形變時效 241531.01.546.6876 柱狀晶，磁場處理，回 火 332321.308.6078形變時效 14 有序硬化型永磁合金有序硬化型永磁合金 合金種類 成分 （wt%） Br （

10、T） HC （104A/m） (BH)max （kJ/m3） 鈷鉑78.6Pt，23.2Co0.6332.6471.64 鐵鉑77.8Pt，22.2Fe0.58124.9724.44 銀錳鋁86.75Ag，8.8Mn，4.45Al0.063.980.64 錳鋁72Mn，28Al0.4321.8927.86 錳鋁碳69.5Mn，29.95Al，0.55C0.2852.5462.09 在高溫下處于無序狀態(tài)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇慊鸷突鼗鸷?，由在高溫下處于無序狀態(tài)，經(jīng)過適當(dāng)?shù)拇慊鸷突鼗鸷?，由無序無序 相中析出彌散分布的有序相相中析出彌散分布的有序相，從而提高了合金矯頑力。，從而提高了合金矯頑力。 15 5.4

11、 鐵氧體永磁 永磁鐵氧體是由鐵的氧化物和鍶（或鋇等）化合物按一定比例永磁鐵氧體是由鐵的氧化物和鍶（或鋇等）化合物按一定比例 混合，經(jīng)預(yù)燒、破碎、制粉、壓制成型、燒結(jié)和磨加工而成混合，經(jīng)預(yù)燒、破碎、制粉、壓制成型、燒結(jié)和磨加工而成 其電阻率遠高于金屬磁性材料，特別適宜在高頻和微波其電阻率遠高于金屬磁性材料，特別適宜在高頻和微波 波段應(yīng)用波段應(yīng)用 當(dāng)前應(yīng)用的永磁鐵氧體主要為六角晶系的磁鉛石型鐵氧體，當(dāng)前應(yīng)用的永磁鐵氧體主要為六角晶系的磁鉛石型鐵氧體， 其化學(xué)式為其化學(xué)式為MO xFe2O3，其中，其中MBa，Sr，Ca或或Pb等，有等，有 時又簡稱為時又簡稱為M型鐵氧體。型鐵氧體。 永磁鐵氧體的磁

12、性能較低，但由于原材料豐富、平均售價永磁鐵氧體的磁性能較低，但由于原材料豐富、平均售價 和性價比和性價比 高，抗退磁性優(yōu)良，工藝簡單成熟，不存在氧高，抗退磁性優(yōu)良，工藝簡單成熟，不存在氧 化問題，所以是應(yīng)用最廣、需求量最大的磁性材料?；瘑栴}，所以是應(yīng)用最廣、需求量最大的磁性材料。 16 永磁鐵氧體的制備工藝 整整 粒粒 BaCO3 或或 (SrCO3) + Fe2O3 燒燒 成成 粗粗 破破 碎碎 細細 粉粉 碎碎 干干 燥燥 壓壓 縮縮 成成 型型 造造 粒粒 壓壓 縮縮 成成 型型 燒燒 成成 加加 工工 、 檢檢 查查 各各 向向 異異 性性 各各 向向 同同 性性 外外 磁磁 場場 1

13、7 永磁鐵氧體的應(yīng)用 其余其余（磁輥等）（磁輥等）10 電機電機（小型電動機等）（小型電動機等）50 電聲電聲（揚聲器等）（揚聲器等）20 測量與控制器件測量與控制器件（磁控管等）（磁控管等）20 隨著國內(nèi)外汽車、家用電器、電動工具、儀器儀表等隨著國內(nèi)外汽車、家用電器、電動工具、儀器儀表等 工業(yè)的快速發(fā)展，永磁鐵氧體的用量還將持續(xù)增加工業(yè)的快速發(fā)展，永磁鐵氧體的用量還將持續(xù)增加 永磁鐵氧體的應(yīng)用領(lǐng)域和用量大致為：永磁鐵氧體的應(yīng)用領(lǐng)域和用量大致為： 18 示例 磁控管磁控管 電機電機 19 5.5 稀土永磁材料 5.5.1稀土永磁材料概述稀土永磁材料概述 5.5.2鈷基稀土永磁材料鈷基稀土永磁材

14、料 5.5.3Nd-Fe-B磁體的制備磁體的制備 5.5.4Nd-Fe-B磁體的磁性能磁體的磁性能 5.5.5影響影響Nd-Fe-B永磁體性能的因素永磁體性能的因素 5.5.6雙相納米晶復(fù)合永磁材料雙相納米晶復(fù)合永磁材料 5.5.7Sm-Fe-N系永磁材料系永磁材料 本節(jié)介紹的重要內(nèi)容：本節(jié)介紹的重要內(nèi)容： 20 5.5.1 稀土永磁材料概述 稀土系永磁材料是稀土系永磁材料是稀土元素稀土元素RE（Sm，Nd，Pr等）與等）與過渡過渡 金屬金屬TM（Co，F(xiàn)e等）所形成的一類高性能永磁材料。等）所形成的一類高性能永磁材料。 稀土元素未滿電子殼層為稀土元素未滿電子殼層為4f，由于受到，由于受到5s

15、，5p，6s電子電子 層的屏蔽，其軌道磁矩層的屏蔽，其軌道磁矩未被未被“凍結(jié)凍結(jié)”，因而，因而原子磁矩原子磁矩大。自大。自 旋磁矩與軌道磁矩間的耦合作用很強，因此旋磁矩與軌道磁矩間的耦合作用很強，因此K和和 S很大，合金很大，合金 矯頑力高矯頑力高，但稀土原子間，但稀土原子間4f-4f電子云交換作用較弱，交換積電子云交換作用較弱，交換積 分常數(shù)分常數(shù)A較小，故合金較小，故合金居里溫度低，居里溫度低，很難實際應(yīng)用。很難實際應(yīng)用。 鐵鈷鎳一類過渡族金屬在室溫下具有很強的鐵磁性，鐵鈷鎳一類過渡族金屬在室溫下具有很強的鐵磁性， 同時具有高居里溫度。同時具有高居里溫度。 于是，從于是，從50年代起人們開

16、始對稀土年代起人們開始對稀土-過渡族合金的磁性過渡族合金的磁性 能進行了一些列深入的研究，并很快獲得突破性進展能進行了一些列深入的研究，并很快獲得突破性進展 21 元 素 周 期 表 Periodic Table of Elements IA IIA IIIB IIIAIVAVAVIAVIIA O IVBVBIBVIBVIIBIIBVIII 氫氫 氪氪 氙氙 氡氡 氟氟 氯氯 氦氦 氖氖 氬氬 鋰鋰 鈉鈉 鉀鉀 銣銣 銫銫 鈁鈁 鈹鈹 鎂鎂 鈣鈣 鍶鍶 鋇鋇 鐳鐳 鈧鈧 釔釔 鈦鈦 鋯鋯 鉿鉿 釩釩 鈮鈮 鉭鉭 鉻鉻 鉬鉬 鎢鎢 錳錳 锝锝 錸錸 鐵鐵 釕釕 鋨鋨銥銥鉑鉑金金 鈷鈷鎳鎳銅銅鋅鋅

17、 銠銠鈀鈀銀銀鎘鎘 鍺鍺 錫錫 鉛鉛 鎵鎵 銦銦 鉈鉈 鋁鋁 釙釙 銻銻 鉍鉍汞汞 溴溴砷砷硒硒 碲碲碘碘 砹砹 硼硼碳碳 硅硅 氮氮 磷磷 氧氧 硫硫 鏷鏷釷釷錒錒钚钚镎镎鈾鈾锫锫鋦鋦镅镅锎锎鐨鐨锿锿鐒鐒锘锘鍆鍆 La La Ac Ac Li H Be Na Mg KCa RbSr CsBa FrRa Sc Y Ti Zr Hf V Nb Ta Cr Mo W Mn Tc Re Fe Ru Os CoNiCuZnGa Rh Ir Pd Pt Ag Au Cd Hg In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se TeI Po Br At Kr Xe Rn B Al C Si N P O

18、 S F Cl He Ne Ar PrCeLaSmPmNdTbGdEuErHoDyLuYbTm PaThAcPuNpUBkCmAmFmEsCfLrNoMd 3 1 4 1112 1920 3738 5556 8788 21 39 22 40 72 23 41 73 24 42 74 25 43 75 26 44 76 2728293031 45 77 46 78 47 79 48 80 49 81 32 50 82 33 51 83 34 5253 84 35 85 36 54 86 5 13 6 14 7 15 8 16 9 17 2 10 18 5958576261606564636867

19、66717069 9190899493929796951009998103102101 鐠鐠鈰鈰鑭鑭釤釤钷钷釹釹鋱鋱釓釓銪銪鏑鏑镥镥鉺鉺鈥鈥鐿鐿銩銩 輕稀土元素輕稀土元素重稀土元素重稀土元素 22 稀土永磁分類 第三代稀土磁體第三代稀土磁體 (BH)max 160kJ/m3 (BH)max 200240kJ/m3 (BH)max 240460kJ/m3 第二代稀土磁體第二代稀土磁體 第一代稀土磁體第一代稀土磁體 稀土系永磁材料稀土系永磁材料 Co 基基 稀稀 土土 永永 磁磁 Fe 基基 稀稀 土土 永永 磁磁 2:17型型Sm2TM17磁體磁體 1:5型型SmCo5磁體磁體 R2Fe14B型

20、型Nd-Fe-B磁體磁體 23 永磁材料的進化 1910192019301940195019601970198019902000 KS鋼 Co鐵氧體 MK鋼 NSK鋼 Alnico5 Alnico5DG 針狀A(yù)lnico 燒結(jié)SmCo5 SmPrCo5 Sm(Co-Fe-Cu)5 Sm(Co-Fe-Cu-Zr)5 Nd2Fe14B(NEOMAX) Ba、Si鐵氧體 Mn-Al YCo5 SmCo5 FeCrCo MnAlC 400 320 240 160 80 0 10 20 30 40 50 0 (BH)max（kJ/cm3） (BH)max（MGsOe） 年份 24 5.5.2 鈷基稀土永

21、磁材料 25 1:5型SmCo5永磁體 RCo5合金具有合金具有六角六角結(jié)構(gòu)。它由兩種不同的原子層所組結(jié)構(gòu)。它由兩種不同的原子層所組 成，一層是呈六角形排列的鈷原子，另一層由稀土原子成，一層是呈六角形排列的鈷原子，另一層由稀土原子 和鈷原子以和鈷原子以1:2的比例排列而成。晶格常數(shù)的比例排列而成。晶格常數(shù)a5.004， c3.971。c軸是易磁化軸軸是易磁化軸。 26 SmCo5磁性能 SmCo5化合物具有很化合物具有很高的磁晶各向異性高的磁晶各向異性常數(shù)，常數(shù)，K1 1519103kJ/m3，它的，它的MS0.89A/m，其理論磁能，其理論磁能 積達積達244.9kJ/m3。 做成磁體以后，

22、做成磁體以后，SmCo5永磁體的最高磁性能已達到永磁體的最高磁性能已達到Br 1.07T；bHC851.7kA/m；(BH)max227.6kJ/m3。 SmCo5的的居里溫度為居里溫度為740 C，它可在，它可在50 C150 C 的溫度范圍內(nèi)工作，是一種較為理想的永磁體，已在的溫度范圍內(nèi)工作，是一種較為理想的永磁體，已在 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。 缺點缺點是含有較多的戰(zhàn)略金屬鈷和儲藏較少的稀土金屬是含有較多的戰(zhàn)略金屬鈷和儲藏較少的稀土金屬 Sm。原材料。原材料價格昂貴價格昂貴，其發(fā)展前景受到資源和價格，其發(fā)展前景受到資源和價格 的限制。的限制

23、。 27 2:17型Sm2Co17永磁體 Sm2Co17合金高溫六角結(jié)構(gòu)（a）和低溫菱方結(jié)構(gòu)（b） （a）Th2Ni17型六方晶體結(jié)構(gòu)（b）Th2Zn17型菱方晶體結(jié)構(gòu) 稀土原子過渡金屬原子 高溫相高溫相低溫相低溫相 28 Sm2Co17磁性能 Sm2Co17具有具有高的內(nèi)稟飽和磁化強度高的內(nèi)稟飽和磁化強度 0MS1.2T，而且是，而且是易易c 軸軸的，居里溫度的，居里溫度TC也很也很高高，TC926 C，所以是很理想的永，所以是很理想的永 磁材料。磁材料。 用用 F e 部 分 取 代部 分 取 代 S m 2 C o 1 7 化 合 物 中 的化 合 物 中 的 C o ， 所 形 成，

24、所 形 成 Sm2(Co0.3Fe0.7)17合金的合金的 0MS可高達可高達1.63T，其理論最大磁能積，其理論最大磁能積 可高到可高到525.4kJ/m3。 雖然雖然Sm2Co17二元化合物是易二元化合物是易c軸的，但它的軸的，但它的矯頑力矯頑力還是偏還是偏低低， 很難成為實用的永磁材料。很難成為實用的永磁材料。 通過摻入其他元素的方法可以得到高性能的永磁材料，得到通過摻入其他元素的方法可以得到高性能的永磁材料，得到 廣泛應(yīng)用的是廣泛應(yīng)用的是Sm-Co-Cu-Fe-M系系2:17型永磁體型永磁體 ，即第二代，即第二代 稀土永磁稀土永磁 29 5.5.3 NdFeB磁體的制備 磁粉的制備是加

25、工磁粉的制備是加工Nd-Fe-B磁體的關(guān)鍵工序，磁磁體的關(guān)鍵工序，磁 粉磁性能的好壞直接影響到磁體的磁性能。粉磁性能的好壞直接影響到磁體的磁性能。 制備制備Nd-Fe-B磁粉的方法有：磁粉的方法有： 機械破碎法機械破碎法 熔體快淬法熔體快淬法 HDDR法法 氣體噴霧法氣體噴霧法 機械合金化法機械合金化法 30 熔體快淬法 采用真空感應(yīng)熔煉母合金，將母合金經(jīng)石英管采用真空感應(yīng)熔煉母合金，將母合金經(jīng)石英管 底部的噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥的表面上，底部的噴嘴噴射到高速旋轉(zhuǎn)的銅輥的表面上， 以約以約105106k/s的冷卻速度快速凝固的冷卻速度快速凝固 31 HDDR法 吸氫吸氫(hydrogenat

26、ion) Nd2Fe14BHx+H2 NdH2+Fe+Fe2B Nd+Fe+Fe2B+H2 Nd2Fe14B+H2 HDDR處理處理 Nd-Fe-B系鑄造合金系鑄造合金 固溶化處理固溶化處理 粉碎粉碎 粉碎粉碎 磁粉磁粉 分解分解(decomposition) 脫氫脫氫(desorption) 再結(jié)合再結(jié)合(recombination) 工藝流程工藝流程 32 氣體噴霧法和機械合金化法 氣體噴霧法氣體噴霧法，是采用高壓氬氣將，是采用高壓氬氣將Nd-Fe-B溶液霧化成為溶液霧化成為 細小的金屬液滴，射向粉碎盤，最終獲得極細的細小的金屬液滴，射向粉碎盤，最終獲得極細的 非晶和微晶粉末。這種方法的優(yōu)

27、點在于，省掉了非晶和微晶粉末。這種方法的優(yōu)點在于，省掉了 中間的破碎環(huán)節(jié)，制成的磁粉即可用于制備燒結(jié)中間的破碎環(huán)節(jié)，制成的磁粉即可用于制備燒結(jié) 磁體，也可用于制備粘結(jié)磁體。磁體，也可用于制備粘結(jié)磁體。 機械合金化機械合金化，是將，是將Nd-Fe-B合金鑄錠破碎成粗粉，然后合金鑄錠破碎成粗粉，然后 長時間的高能球磨，再將產(chǎn)物在適當(dāng)條件下進行長時間的高能球磨，再將產(chǎn)物在適當(dāng)條件下進行 退火處理，這樣可以得到與快淬法相同的微觀組退火處理，這樣可以得到與快淬法相同的微觀組 織。機械合金化法和快淬法有異曲同工之妙，但織。機械合金化法和快淬法有異曲同工之妙，但 其成本較低，也是一種有前途的制備方法。其成本

28、較低，也是一種有前途的制備方法。 33 Nd-Fe-B磁體分類 Nd-Fe-B永磁體永磁體 滿足高矯頑力、高磁能積要求滿足高矯頑力、高磁能積要求 市場已打開市場已打開 電子、電氣設(shè)備的小型化領(lǐng)域電子、電氣設(shè)備的小型化領(lǐng)域 市場在逐步擴大市場在逐步擴大 燒結(jié)永磁體燒結(jié)永磁體 粘結(jié)永磁體粘結(jié)永磁體 34 燒結(jié)Nd-Fe-B的制作工藝流程 合金熔煉、凝固合金熔煉、凝固 高頻熔煉及鑄造高頻熔煉及鑄造 平均粒徑數(shù)平均粒徑數(shù) m 實現(xiàn)磁各向異性實現(xiàn)磁各向異性 真空或氬氣氛約真空或氬氣氛約1100 600 左右左右 磁場中壓制成型磁場中壓制成型 燒結(jié)燒結(jié) 時效熱處理時效熱處理 表面處理表面處理 粗破碎粗破碎

29、 細破碎細破碎 35 粘結(jié)Nd-Fe-B磁體的制備工藝 磁粉制備磁粉制備 混料混料 壓制成型壓制成型 固化固化 尺寸檢測尺寸檢測 防腐涂層防腐涂層 充磁包裝充磁包裝 添加樹脂、耦連劑添加樹脂、耦連劑 170,2h,2h 壓力為壓力為610t/cm2 最關(guān)鍵的步驟最關(guān)鍵的步驟 36 5.5.4 Nd-Fe-B磁體的磁性能 各類各類Nd-Fe-B磁體的主要成磁體的主要成 分都是硬磁性的分都是硬磁性的Nd2Fe14B相相 以以Nd15Fe77B8燒結(jié)磁體為例：燒結(jié)磁體為例： Nd2Fe14B（稱為（稱為T1的鐵磁性的鐵磁性 相）為相）為主相主相，非磁性非磁性 Nd1.1Fe4B4相（稱為相（稱為T2

30、相）及相）及 富富Nd相相圍在主相的晶粒邊界圍在主相的晶粒邊界 37 Nd2Fe14B相結(jié)構(gòu) Nd2Fe14B相屬于四角晶體，相屬于四角晶體， 空間群空間群P42/mnm，晶格常數(shù)，晶格常數(shù) a=0.882nm，c=1.224nm，具，具 有單軸各向異性有單軸各向異性 8j2晶位上的晶位上的Fe原子處于其它原子處于其它Fe 原子組成的六棱錐的頂點，其原子組成的六棱錐的頂點，其 最近鄰最近鄰Fe原子數(shù)最多，對磁性原子數(shù)最多，對磁性 有很大影響有很大影響 38 Nd2Fe14B相的內(nèi)稟磁特性： Nd2Fe14B相結(jié)構(gòu)決定了其相結(jié)構(gòu)決定了其內(nèi)稟磁特性內(nèi)稟磁特性 ： 居里溫度居里溫度TC 585K；

31、室溫各向異性常數(shù)室溫各向異性常數(shù)K1=4.2MJ/m3，K2=0.7MJ/m3， 各向異性場各向異性場 0Ha=6.7T； 室溫飽和磁極化強度室溫飽和磁極化強度JS=1.61T。 Nd2Fe14B硬磁性晶粒的基本硬磁性晶粒的基本磁疇結(jié)構(gòu)參數(shù)磁疇結(jié)構(gòu)參數(shù)為：為： 疇壁能量密度疇壁能量密度3.510-2J/m2，疇壁厚度，疇壁厚度 B 5nm，單疇粒子臨界尺寸為，單疇粒子臨界尺寸為d 0.3 m 39 Nd-Fe-B磁體的磁性能 Nd-Fe-B磁體除了磁體除了Nd2Fe14B硬磁性、富硬磁性、富Nd相和富相和富B相相外，外， 還有一些還有一些Nd氧化物氧化物和和 -Fe、FeB、FeNd等等軟磁性

32、相軟磁性相。 Nd-Fe-B磁體的磁性主要是由硬磁性相磁體的磁性主要是由硬磁性相Nd2Fe14B決定。決定。 弱磁性相及非磁性相隔離或減弱主相磁性耦合的作用，弱磁性相及非磁性相隔離或減弱主相磁性耦合的作用， 提高了磁體的矯頑力，但降低了飽和磁化強度和剩磁。提高了磁體的矯頑力，但降低了飽和磁化強度和剩磁。 同時，由同時，由配方和制備工藝配方和制備工藝也影響永磁體的宏觀磁性能：也影響永磁體的宏觀磁性能： 本征本征矯頑力矯頑力 0HCJ約為約為1.22.5T；剩余磁化強度剩余磁化強度Br從從0.8T （各向同性粘結(jié)磁體）到（各向同性粘結(jié)磁體）到1.21.5T（取向燒結(jié)磁體）；（取向燒結(jié)磁體）； 最大

33、磁能積最大磁能積(BH)max的工業(yè)生產(chǎn)水平分別為的工業(yè)生產(chǎn)水平分別為80160kJ/m3 （粘結(jié)磁體）及（粘結(jié)磁體）及240320kJ/m3（燒結(jié)磁體），實驗室水（燒結(jié)磁體），實驗室水 平已達到平已達到410460kJ/m3，約為理論值的，約為理論值的80% 40 5.5.5 影響Nd-Fe-B永磁體性能的因素 凡是影響凡是影響Nd-Fe-B中各晶粒之間的相互作用以及中各晶粒之間的相互作用以及Nd2Fe14B晶粒晶粒 中中R和和TM兩種亞晶格之間的相互作用的因素都會對兩種亞晶格之間的相互作用的因素都會對Nd-Fe-B 磁體的性能產(chǎn)生影響：磁體的性能產(chǎn)生影響： 添加元素；添加元素； 改善磁粉和

34、晶粒度；改善磁粉和晶粒度； 提高定向度；提高定向度； 控制含氧量；控制含氧量； 磁體的熱穩(wěn)定性磁體的熱穩(wěn)定性 41 5.5.6 雙相納米晶復(fù)合永磁材料 Nd2Fe14B 高內(nèi)稟矯頑力高內(nèi)稟矯頑力 -Fe 飽和磁化強度高、易充磁飽和磁化強度高、易充磁 異想天開異想天開 ？ 一種磁體一種磁體既具有硬磁性相的既具有硬磁性相的高內(nèi)稟矯頑力高內(nèi)稟矯頑力，又具，又具 有軟磁性相的有軟磁性相的飽和磁化強度高飽和磁化強度高、易充磁易充磁的優(yōu)點的優(yōu)點 42 納米復(fù)相的優(yōu)點 在在硬磁性相基體中均勻分布有軟磁相顆粒硬磁性相基體中均勻分布有軟磁相顆粒，這種，這種“多多 相復(fù)合磁體相復(fù)合磁體”就會集硬磁相合軟磁相的優(yōu)點

35、于一身：就會集硬磁相合軟磁相的優(yōu)點于一身： 硬磁性相提供足夠高的磁晶各向異性，硬磁性相提供足夠高的磁晶各向異性， 軟磁性相提高盡可能高的飽和磁極化強度軟磁性相提高盡可能高的飽和磁極化強度 同時，由于軟磁性相的存在，磁體整體同時，由于軟磁性相的存在，磁體整體成本下降成本下降，抗腐抗腐 蝕性提高蝕性提高！ 43 納米復(fù)相的原理 雙相復(fù)合磁體中，有三種雙相復(fù)合磁體中，有三種交換耦合作用交換耦合作用：即硬磁相與硬磁：即硬磁相與硬磁 相之間的作用、硬磁相與軟磁相之間的作用和軟磁相與軟相之間的作用、硬磁相與軟磁相之間的作用和軟磁相與軟 磁相之間的作用。磁相之間的作用。 其中，以其中，以硬磁相與軟磁相硬磁相

36、與軟磁相之間的作用最為重要。之間的作用最為重要。 只有在只有在納米尺度納米尺度內(nèi)，耦合區(qū)域才能占一定的體積分數(shù)，內(nèi)，耦合區(qū)域才能占一定的體積分數(shù)， 交換耦合作用才能體現(xiàn)出來交換耦合作用才能體現(xiàn)出來 在外磁場作用下，由于耦合作用在外磁場作用下，由于耦合作用 -Fe相中的磁極化強度隨相中的磁極化強度隨 Nd2Fe14B相中的磁極化強度一起轉(zhuǎn)動，在退磁過程中也表相中的磁極化強度一起轉(zhuǎn)動，在退磁過程中也表 現(xiàn)出與單一硬磁相一樣的性質(zhì)，于是出現(xiàn)了現(xiàn)出與單一硬磁相一樣的性質(zhì)，于是出現(xiàn)了剩磁增強效應(yīng)剩磁增強效應(yīng) 和和光滑退磁曲線光滑退磁曲線。 44 納米復(fù)相Nd-Fe-B永磁材料的制備工藝 為了使納米復(fù)相為

37、了使納米復(fù)相Nd-Fe-B永磁體具有優(yōu)異的磁性能，要求永磁體具有優(yōu)異的磁性能，要求 磁體內(nèi)兩相磁體內(nèi)兩相界面處共格界面處共格，兩相要從，兩相要從同一母相同一母相中產(chǎn)生出來中產(chǎn)生出來 熔體快淬法熔體快淬法 HDDR法法 機械合金化法機械合金化法 磁控濺射法磁控濺射法 制備工藝通常有下面幾種：制備工藝通常有下面幾種： 45 5.5.7 Sm-Fe-N系永磁材料 Nd-Fe-B永磁有兩大缺點：永磁有兩大缺點： 磁性溫度穩(wěn)定性差磁性溫度穩(wěn)定性差 抗腐蝕性能差抗腐蝕性能差 因為主相因為主相Nd2Fe14B的居里溫度低，的居里溫度低， 各向異性場也較低各向異性場也較低 各相間電極電位不同所致各相間電極電位

38、不同所致 研究發(fā)現(xiàn)：研究發(fā)現(xiàn)： 飽和磁化強度飽和磁化強度/T居里溫度居里溫度/ 各向異性場各向異性場/T Nd-Fe-B1.63128 Sm2Fe17Nx1.5447014 Sm-Fe-N是一種很有發(fā)展前途的永磁材料是一種很有發(fā)展前途的永磁材料 46 Sm2Fe17Nx合金的晶體結(jié)構(gòu)合金的晶體結(jié)構(gòu) Sm2Fe17Nx合金具有與其母合金合金具有與其母合金Sm2Fe17相同相同 的菱形的的菱形的Th2Zn17型型結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) N只能占據(jù)三個只能占據(jù)三個 八面體間隙八面體間隙位置位置 因此，因此， Sm2Fe17Nx中中x3 47 Sm2Fe17Nx合金性能合金性能 compoundsJs(T)EMDOHA(T)X(g/cm3) Sm2Fe171.20ab-plane-7.98 Sm2Fe17N21.47c-axis147.69 Sm2Fe17氮化后點陣常數(shù)、晶胞體積和磁性能都氮化后點陣常數(shù)、晶胞體積和磁性能都 發(fā)