土木專業(yè)建筑學(xué)二磁性功能材料三隨堂講義PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 土木專業(yè)建筑學(xué)二磁性功能材料三隨堂土木專業(yè)建筑學(xué)二磁性功能材料三隨堂 講義講義 第1頁/共56頁 （一）定義，基本要求，用途 第2頁/共56頁 第3頁/共56頁 第4頁/共56頁 Hg：磁場強(qiáng)度 Bm ：磁感強(qiáng)度 Hm：磁場強(qiáng)度 Vm：磁鐵的體積 Vg：氣隙的體積 最大磁能積(BH)max：退磁曲線上磁能 積最大的一點(diǎn)，工程應(yīng)用中通常將 (BH)max稱為磁能積。 2/1 0 )( g mmm g V VHB H 第5頁/共56頁 第6頁/共56頁 第7頁/共56頁 早期永磁材料是碳鋼 ，后來加入C,W，Cr ，Al等形成磁鋼 1931年，鑄造鐵鎳鋁合 金，之后加入各種添加 元素如鈷

2、、銅、鈦、鈮 等而發(fā)展成為牌號(hào)為 AlNiCo5、AlNiCo8的 鋁鎳鈷合金 60年代初出現(xiàn)的稀土鈷永 磁合金，RCo5(R代表稀土 元素)稱為第一代稀土永磁 1983年，出現(xiàn)了以Nd-Fe-B 為代表的第三代稀土永磁材 料 間隙稀土金屬間化合物永磁材料 ； 納米晶復(fù)合交換耦合永磁材料。 R2CO17稱為第二代稀土永磁 第8頁/共56頁 （三）永磁材料種類： 金屬永磁材料（FeNiAl，AlNiCo等 ） 鐵氧體永磁材料（MOxFe2O3） 稀土永磁材料（Nd-Fe-B等） 雙相納米晶復(fù)合永磁材料 第9頁/共56頁 第10頁/共56頁 第11頁/共56頁 1相是鐵磁相 2相為NiAl弱磁相

3、。 相是Ni基弱磁相 。 第12頁/共56頁 圖上虛線表示常用的Fe-Ni-Al合 金成分，它在1400附近成相 ，900附近產(chǎn)生1+2轉(zhuǎn)變 。 Fe-5%Al 47.5%Ni-Al 第13頁/共56頁 第14頁/共56頁 AlNiCo合金發(fā)生的調(diào)幅分解： 1(FeCo)+2(NiAl) 1：BCC結(jié)構(gòu)，Ms比FeNiAl材料中的更高，Tc870。 2：NiAl 根據(jù)冷卻過程中加或者不加磁場，可以得到磁各向異性或 者各向同性的材料。 第15頁/共56頁 磁場熱處理 Alnico5合金經(jīng)冶煉、鑄造 固溶處理：200 冷卻： 1100-850：大于0.1/s的速度冷卻， 900-850：160-4

4、20kA/m的磁場，磁場 中以(0.1-1.0/s)冷卻至200 回火： 600回火5-10hr 第16頁/共56頁 經(jīng)磁場熱處理后，1+2兩相已經(jīng)形成， 但成分差別較小，還需經(jīng)過時(shí)效處理，使 1相更加富Fe、Co，2相更加富Ni、Al ，兩相的成分差、磁性差加大，Hc提高。 AlNiCo永磁體的制備工藝簡圖 24Co-14Ni-8Al-3Cu-Fe（AlNiCo5）性能： Br=1.29T，Hcb=52.0kA/m, (BH)m=40.0kJ/m3（磁場熱處理） Br=0.87T, Hcb=47.2kA/m, (BH)m=17.1kJ/m3（未經(jīng)過磁場熱處理） 第17頁/共56頁 100是1

5、和2相的慣習(xí)面 如果不進(jìn)行磁場處理，則1相是相互正交 1相的Tc高于磁場處理和相分解溫度， 1相一析出就是鐵 磁性 1相優(yōu)先沿與磁場方向平行的2相的(100)面析出，與磁場 垂直或成一定角度的那些(100)面上的1相的析出受到一定 程度的抑制 得到了伸長形的1相顆粒沿磁場方向規(guī)則排列的顯微組織 得到各向異性的AlNiCo永磁體，其磁性能大大地提高 第18頁/共56頁 )(1 )( )(1 ( 2 2 21 D D M MM NNpApH p s dLci A：取向因子 p：2相體積百分?jǐn)?shù) NL、Nd：1相長軸和短軸方向的退磁因子 M1、M2：1相和2相的飽和磁化強(qiáng)度 Ms：合金的飽和磁化強(qiáng)度

6、Dp：相單疇粒子由鐵磁性轉(zhuǎn)變?yōu)轫槾判缘呐R界尺寸 D：1相單疇顆粒的尺寸 回火處理的目的是擴(kuò)大（NL-Nd）和（M1-M2)的差 值，從而進(jìn)一步提高矯頑力。 矯頑力： 第19頁/共56頁 第20頁/共56頁 第21頁/共56頁 AlNiCo永磁體的制備工藝簡圖 第22頁/共56頁 改進(jìn)AlNiCo鑄造方式，采用蜂窩狀的鑄 模。 在高溫鑄模內(nèi)鋼液自下而上結(jié)晶，從而 得到平行棒狀樣品軸向的柱狀晶。對于 AlNiCo合金來說100是優(yōu)先生長方向， 因此柱狀晶的100軸與樣品軸平行。在 磁場處理時(shí)，沿樣品軸向加磁場，從而 提高了1相的取向因子A，并擴(kuò)大了(NL- Nd)的差值，因此柱狀品AlNiCo樣品

7、的磁 性能大大提高。 第23頁/共56頁 24Co-14Ni-8Al-3Cu-Fe（AlNiCo5）性能： Br=0.87T, Hcb=47.2kA/m, (BH)m=17.1kJ/m3（未經(jīng)過磁場熱處 理） Br=1.29T，Hcb=52.0kA/m, (BH)m=40.0kJ/m3（磁場熱處理） Br=1.33T，Hcb=56.064.0kA/m, (BH)m=5664kJ/m3（柱晶） 第24頁/共56頁 l3.1 概述 l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金 l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金 l3.4 稀土永磁合金 l3.5 鐵氧體永磁材料 l3.6 雙相納米晶復(fù)合永磁

8、材料 第25頁/共56頁 第26頁/共56頁 l3.1 概述 l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金 l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金 l3.4 稀土永磁合金 （一）簡介 （二）SmCo5永磁材料 （三）NdFeB永磁合金 l3.5 鐵氧體永磁材料 l3.6 雙相納米晶復(fù)合永磁材料 第27頁/共56頁 （一）簡介 第28頁/共56頁 第29頁/共56頁 SmCo5型晶體結(jié)構(gòu)（a）和單位晶胞（b） 第30頁/共56頁 SmCo5的性能： Br=0.80.95T，Hcb=557756kA/m, (BH)m=135159kJ/m3 若采用強(qiáng)磁場取向等工藝： Br=1.07T，Hcb=

9、851.7kA/m, (BH)m=227.6kJ/m3 成分對SmCo5的性能的影響： 生產(chǎn)上采用富Sm成分，避免Sm2Co17的生成 富Sm時(shí)燒結(jié)性好，容易獲得高密度 第31頁/共56頁 第32頁/共56頁 Sm-Co永磁局限性： Sm（在稀土礦中Sm含量僅有0.53） 含有昂貴的戰(zhàn)略金屬Co 1983年日本住友金屬公司發(fā)現(xiàn)NdFeB系永磁材料 第33頁/共56頁 第34頁/共56頁 第35頁/共56頁 （1）Nd-Fe-B 的相結(jié)構(gòu)和組成 Nd-Fe-B優(yōu)異的性能主要來源于成分為Nd2Fe14B的 磁性相。實(shí)際上，許多稀土元素都和Fe，B形成類 似的相。該相為四方相，每個(gè)單胞由4個(gè)Nd2F

10、e14B 分子組成。 第36頁/共56頁 B的作用： 少量的B進(jìn)入NdFe合金 后，不僅使得結(jié)構(gòu)從六 角結(jié)構(gòu)變成四角，而且 易磁化軸也轉(zhuǎn)到C軸上， 從而使釹鐵硼成為高性 能永磁材料。 第37頁/共56頁 第38頁/共56頁 （2） Nd-Fe-B的微觀組織 1. Nd2Fe14B 基體相 2. Nd1+Fe4B4（富B相 ） 3. 富Nd相（Nd1-xFex） 第39頁/共56頁 第40頁/共56頁 第41頁/共56頁 （3） Nd-Fe-B 磁體的制備 磁粉的制備 a. 熔體快淬法 熔體快淬 法 冷速：105-106K/s 美國GM公司 非晶態(tài)至微晶 第42頁/共56頁 b. 氣體霧化法 日

11、本神戶制鋼所和美國坩堝應(yīng)用磁性公司 表面光滑，呈球狀 粒徑為410um 第43頁/共56頁 c. 機(jī)械合金化 西門子公司 充Ar氣的高能球磨機(jī)將原料進(jìn)行 球磨，利出產(chǎn)生的高溫讓原料發(fā) 生固相反應(yīng)； 也可在氬氣中加氫氣，讓磨碎的 粉末吸氫使晶粒細(xì)化，平均晶粒 尺寸減到1um左右，然后對合金 粉進(jìn)行熱處理。 第44頁/共56頁 d. HDDR法（氫爆） HDDR流程及所伴隨的反應(yīng) 得到粒徑為300nm的 細(xì)小晶粒 第45頁/共56頁 電子，電氣設(shè)備的小型化領(lǐng)域 第46頁/共56頁 Nd-Fe-B 磁體的制備 b. 燒結(jié)法 第47頁/共56頁 l3.1 概述 l3.2 FeNiAl, AlNiCo永

12、磁合金 l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金 l3.4 稀土永磁合金 l3.5 鐵氧體永磁材料 l3.6雙相納米晶復(fù)合永磁材料 第48頁/共56頁 鐵氧體永磁材料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)和加工而成。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 MOxFe203。其中MBa，Sr，Ca或Pb等。在水 磁鐵氧體中，已達(dá)實(shí)用化的主要有BaO6Fe2O3， SrO6Fe203等。 第49頁/共56頁 第50頁/共56頁 Nd4Fe80B20：Bs=1.6T, Br=1.4T，Hc=240KA/m Sm7Fe93Nx：Br=1.