試談稀土永磁材料的性能和結(jié)構(gòu)

1、2.3 稀土永磁材料的性能與結(jié)構(gòu)稀土永磁材料的性能與結(jié)構(gòu)一、稀土永磁材料的類型一、稀土永磁材料的類型1. 種類種類RECo永磁（永磁（ Co 基永磁）基永磁） 第一代：第一代：1：5型型SmCo合金合金 第二代：第二代：2：17型型SmCo合金合金REFeB系永磁（鐵基稀土永磁系永磁（鐵基稀土永磁） 第三代：第三代：NdFeB合金合金 第四代：第四代：Sm-Fe-N合金合金 磁性能最高的磁性能最高的NdFeB被稱為被稱為“永磁王永磁王”，它，它的磁能積約為的磁能積約為199400KJ/m3。在日本實驗室已。在日本實驗室已經(jīng)達到經(jīng)達到540KJ/m3。 釹鐵硼不含貴重金屬，原料易得、價格便宜。釹

2、鐵硼不含貴重金屬，原料易得、價格便宜。 廣泛應(yīng)用于能源、交通、機械、醫(yī)療、計算機、廣泛應(yīng)用于能源、交通、機械、醫(yī)療、計算機、家電等領(lǐng)域。家電等領(lǐng)域。但中國但中國NdFeB產(chǎn)業(yè)仍未形成規(guī)模化經(jīng)營，產(chǎn)品多產(chǎn)業(yè)仍未形成規(guī)?；?jīng)營，產(chǎn)品多為為中低檔產(chǎn)品中低檔產(chǎn)品，磁能積一般較小，因而多用于音響，磁能積一般較小，因而多用于音響器材、磁化器、磁選機等中低檔領(lǐng)域；而日本器材、磁化器、磁選機等中低檔領(lǐng)域；而日本NdFeB生產(chǎn)只集中于幾個大廠，其產(chǎn)品多為磁能生產(chǎn)只集中于幾個大廠，其產(chǎn)品多為磁能積較高的產(chǎn)品，多用于計算機積較高的產(chǎn)品，多用于計算機VCM、新型電機、新型電機、MRI等高技術(shù)領(lǐng)域。等高技術(shù)領(lǐng)域。中國中

3、國NdFeB產(chǎn)業(yè)只有實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)業(yè)集團化、產(chǎn)業(yè)只有實現(xiàn)規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)集團化、產(chǎn)品質(zhì)量高性能化，才能在國際競爭中立于不敗之產(chǎn)品質(zhì)量高性能化，才能在國際競爭中立于不敗之地，并帶動稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。地，并帶動稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。工藝和特性上分類工藝和特性上分類1. 燒結(jié)磁體（高磁性，高密度）燒結(jié)磁體（高磁性，高密度）2. 粘結(jié)磁體（低磁性，低密度）粘結(jié)磁體（低磁性，低密度）3. 熱壓磁體（中等磁體，高密度）熱壓磁體（中等磁體，高密度）4. 熱變形壓磁體（高磁性，高密度）熱變形壓磁體（高磁性，高密度）5. 熱軋磁體（中高磁性，高密度）熱軋磁體（中高磁性，高密度）制備方法工藝分類制備方法工藝分類 1.粉末冶金

4、燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體粉末冶金燒結(jié)工藝制備的燒結(jié)磁體 2.還原擴散制粉或氫碎處理粉末工藝制備的燒結(jié)磁體還原擴散制粉或氫碎處理粉末工藝制備的燒結(jié)磁體 3.快速凝固制粉或氫碎制粉快速凝固制粉或氫碎制粉(HDDR)，粉末模壓粘結(jié)工藝，粉末模壓粘結(jié)工藝制制 備的粘結(jié)磁體備的粘結(jié)磁體 4.快速凝固制粉或氫碎制粉快速凝固制粉或氫碎制粉(HDDR)粉末的注射工藝植被粉末的注射工藝植被的注射磁體的注射磁體 5.快速凝固制粉或氫碎制粉快速凝固制粉或氫碎制粉(HDDR)粉末的熱壓法制備的粉末的熱壓法制備的熱壓磁體熱壓磁體 6.用熱壓磁體再進行熱變形壓工藝制備的各向異性熱變形用熱壓磁體再進行熱變形壓工藝制備的各向異

5、性熱變形壓磁體壓磁體 7.用傳統(tǒng)軋鋼方法制備的熱軋磁體用傳統(tǒng)軋鋼方法制備的熱軋磁體 8.將熱變形壓磁體磨制成粉，再采用模壓或注射等方法制將熱變形壓磁體磨制成粉，再采用模壓或注射等方法制備成各向異性粘結(jié)磁體備成各向異性粘結(jié)磁體二、稀土永磁材料的優(yōu)異性能二、稀土永磁材料的優(yōu)異性能稀土永磁材料是稀土金屬元素（稀土永磁材料是稀土金屬元素（4f）與過渡族金屬）與過渡族金屬（3d）所形成的金屬間化合物為基體的永磁材料。）所形成的金屬間化合物為基體的永磁材料。特征：特征： 高剩磁、高矯頑力、高磁能積高剩磁、高矯頑力、高磁能積結(jié)結(jié) 論論決定發(fā)展前途的永磁合金的因素：決定發(fā)展前途的永磁合金的因素： 磁性能的優(yōu)劣

6、磁性能的優(yōu)劣 原材料資源是否豐富原材料資源是否豐富 價格的高低價格的高低磁化強度磁化強度Ms高高磁晶各向異性大磁晶各向異性大居里點高居里點高三、稀土永磁材料的發(fā)展三、稀土永磁材料的發(fā)展鑄造永磁材料：鑄造永磁材料：鑄造鑄造AlNiCo的磁性能的磁性能中等，居里溫度中等，居里溫度Tc 高，溫度穩(wěn)定高，溫度穩(wěn)定性好。性好。1930年取代了磁鋼，一度成年取代了磁鋼，一度成為主流。但是金屬鈷和鎳價格高。為主流。但是金屬鈷和鎳價格高。硬磁陶瓷（鐵氧體）永磁材料：硬磁陶瓷（鐵氧體）永磁材料：原材原材料豐富，磁體價格低，但磁性能不料豐富，磁體價格低，但磁性能不高，溫度穩(wěn)定性差。仍然在汽車工高，溫度穩(wěn)定性差。仍

7、然在汽車工業(yè)，音響、通訊、家用電器、辦公業(yè)，音響、通訊、家用電器、辦公自動化設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。自動化設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。稀土永磁材料：稀土永磁材料：現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用的永磁材料：現(xiàn)代工業(yè)與科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用的永磁材料： 第一代稀土永磁體第一代稀土永磁體SmCo5出現(xiàn)，由于儲量稀少的出現(xiàn)，由于儲量稀少的Sm，和昂貴戰(zhàn)略金屬，和昂貴戰(zhàn)略金屬Co和和Ni。不久，為了提高磁。不久，為了提高磁能積開發(fā)了第二代能積開發(fā)了第二代Sm2Co17稀土永磁體。稀土永磁體。Sm2Co17具有較高的磁性能和穩(wěn)定性，得到了廣具有較高的磁性能和穩(wěn)定性，得到了廣泛的應(yīng)用。泛的應(yīng)用。80年代年代Nd2Fe14B型

8、稀土永磁體問世，型稀土永磁體問世，因其優(yōu)異的性能和較低的價格很快在許多領(lǐng)域取代因其優(yōu)異的性能和較低的價格很快在許多領(lǐng)域取代了了Sm2Co17型稀土永磁體，并很快實現(xiàn)了工業(yè)化型稀土永磁體，并很快實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)生產(chǎn)。四、稀土永磁材料的結(jié)構(gòu)四、稀土永磁材料的結(jié)構(gòu)稀土永磁材料是以稀土金屬間化合物為基稀土永磁材料是以稀土金屬間化合物為基礎(chǔ)的永磁材料。稀土的永磁性能與組成該礎(chǔ)的永磁材料。稀土的永磁性能與組成該永磁體的稀土化合物的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)永磁體的稀土化合物的晶體結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。 SmCo51：5型型 Sm2Co172：17型型 NdFeB2 :14:1型型稀土永磁化合物的晶體結(jié)構(gòu)稀土永磁化合物的晶體

9、結(jié)構(gòu)CaCu5型晶體結(jié)構(gòu)（型晶體結(jié)構(gòu)（ SmCo5）Th2Ni17型和型和Th2Zn17型晶體結(jié)構(gòu)（型晶體結(jié)構(gòu)（ Sm2Co17 ）Nd2Fe14B化合物的晶體結(jié)構(gòu)化合物的晶體結(jié)構(gòu)一、一、1：5型型 CaCu5六六方方晶晶系系A(chǔ)BAB型型二、二、2：17型型Th2Ni17型型六六方方晶晶系系Th2Zn17型型菱菱方方晶晶系系2:14:1型型四四方方晶晶系系2.4 稀土鈷永磁材料稀土鈷永磁材料一、稀一、稀1：5型稀土鈷永磁材料型稀土鈷永磁材料 最早發(fā)現(xiàn)的最早發(fā)現(xiàn)的RECo5型永磁材料是型永磁材料是SmCo5化合物永磁化合物永磁體。之后又發(fā)現(xiàn)體。之后又發(fā)現(xiàn)PrCo5，(Sm，Pr)Co5，MMCo

10、5和和Ce(Co，Cu，F(xiàn)e)5永磁體。永磁體。1. SmCo5永磁材料的成分與磁性能的關(guān)系永磁材料的成分與磁性能的關(guān)系 永磁材料的成分對磁性能有重要的影響。永磁材料的成分對磁性能有重要的影響。 SmCo5的的成分為成分為16.66Sm+83.33Co（mol）或）或33.79Sm+66.21Co（wt）。）。RECo5中為什么要選擇中為什么要選擇SmCo5為永磁材料？為永磁材料？2. SmCo5合金的合金的750回火效應(yīng)回火效應(yīng)SmCo5永磁體具有很強的飽和永磁體具有很強的飽和Ms，Tc和磁晶各向異性和磁晶各向異性，但其矯頑力，但其矯頑力Hc隨回火溫度的升高而呈非線性變化。隨回火溫度的升高而

11、呈非線性變化。SmCo5永磁體在永磁體在500800 溫度范圍內(nèi)回火或在此溫度范圍內(nèi)回火或在此溫度區(qū)間緩慢冷卻，其矯頑力大幅度的降低，而當(dāng)溫度溫度區(qū)間緩慢冷卻，其矯頑力大幅度的降低，而當(dāng)溫度升高到升高到900-950 時，矯頑力部分或全部恢復(fù)。時，矯頑力部分或全部恢復(fù)。這現(xiàn)這現(xiàn)象稱為象稱為“750回火效應(yīng)回火效應(yīng)”。350370400420, 2min420, 12min6507503. SmCo5永磁材料的燒結(jié)工藝與性能永磁材料的燒結(jié)工藝與性能SmCo5磁體的燒結(jié)與后燒工藝示意圖。實踐磁體的燒結(jié)與后燒工藝示意圖。實踐 表明燒結(jié)溫度表明燒結(jié)溫度T燒燒和時間和時間燒燒，后燒溫度，后燒溫度T后后和時間和時間后后，從，從T燒燒到到T后后的冷卻速的冷卻速度度1和從和從T后后到室溫的冷卻速度到室溫的冷卻速度2等等6個參量都對次性能有重個參量都對次性能有重要的影響。要的影響。結(jié)論：結(jié)論： 1應(yīng)當(dāng)慢一些，應(yīng)當(dāng)慢一些，03/min。 2一般要大于一般要大于50 /min。結(jié)論