磁性材料導(dǎo)論課件

金屬磁性材料概述磁學(xué)基礎(chǔ)知識金屬磁性材料的理論基礎(chǔ)金屬軟磁材料金屬永磁材料非晶磁性合金金屬磁性材料概述第一章概述材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料。金屬磁性材料為金屬功能材的一種，由金屬、合金以及金屬間化合物所組成。歷史悠久、種類多、應(yīng)用廣。特別是近年來，有重大突破，發(fā)展很快。例如：稀土永磁材料；雙相納米晶軟磁材料；非晶軟磁薄帶；超細(xì)微粉（納米級）。第一章概述材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料。金屬磁什么是金屬磁性材料？由金屬、合金、及金屬間化合物所組成的磁性材料。一般分為：金屬軟磁材料和金屬永磁材料。分類原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶態(tài)合金非晶態(tài)合金磁性能特點(diǎn)軟磁合金硬磁合金矩磁合金壓磁合金（磁致伸縮材料）磁性材料導(dǎo)論課件金屬軟磁材料（HC＜800A/M)應(yīng)用：電力工業(yè)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制、微波技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)及磁記錄方面不可缺少的關(guān)鍵材料。作用形式：①能量轉(zhuǎn)換；②信息處理。特點(diǎn)：在外磁場作用下才顯示磁性，去掉外磁場后不對外顯示磁性。金屬永磁材料應(yīng)用：精密的儀器儀表；電訊、電聲器件；工業(yè)設(shè)備；控制器件；其它器件。作用原理利用永磁合金在給定的空間產(chǎn)生一定的磁場強(qiáng)度；利用永磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。特點(diǎn)充磁后，去掉外磁場后仍可保留磁性。磁性材料導(dǎo)論課件第二章金屬磁性材的理論基礎(chǔ)鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性相變、脫溶和失穩(wěn)分解金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)金屬磁性材料的損耗金屬永磁材料的理論基礎(chǔ)金屬磁性材料的織構(gòu)化第二章金屬磁性材的理論基礎(chǔ)鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性§2.1鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性一、鐵磁金屬的結(jié)構(gòu)和磁性（一）鐵、鎳、鈷的晶體結(jié)構(gòu)和磁性Fe、Ni、Co的晶體結(jié)構(gòu)代表金屬磁性材料三種典型的、最簡單的晶體結(jié)構(gòu)Fe：

⑴常壓下，溫度＜910℃為體心立方（bcc），鐵磁性的α－Fe， 居里溫度為770℃，易磁化方向?yàn)?lt;100>,難磁化方向?yàn)?lt;111>⑵910℃＜溫度＜1400℃面心立方,順磁性的γ－Fe⑶溫度＜1400℃體心立方順磁性的δ－Fe§2.1鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性Ni:在常壓下，在熔點(diǎn)以溫范圍內(nèi)，均是面心立結(jié)構(gòu)（fcc）為鐵磁性的γ-Ni居里點(diǎn)為358℃易磁化方向?yàn)?lt;111>難磁化方向?yàn)?lt;100>Ni:Co：⑴

溫度＜450℃ 簡單六方結(jié)構(gòu) 鐵磁性的ε-Co 居里點(diǎn)為1117℃ 易磁化方向?yàn)?lt;0001> 難磁化方向?yàn)?lt;2110>和1010>⑵溫度＞450℃至熔點(diǎn) 面心立方γ-Co[1120][1010][0001]Co：[1120][1010][0001]3d過渡族元素的磁性來源Fe、Ni、Co：3d電子的交換相互作用，鐵磁性（2.2μB,0.6μB,1.7μB)Cr、Mn：3d電子的直接交換相互作用，反鐵磁性Cr、Mn的合金或化合物：

3d電子的超交換相互作用，亞鐵磁性或鐵磁性3d過渡族元素的磁性來源㈡、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性

⑴結(jié)構(gòu)主要指原子序數(shù)為57（La）至71（Lu）的15個(gè)元素，加上性質(zhì)類似的Y和Sc；晶體結(jié)構(gòu)大都為密排六方結(jié)構(gòu)。⑵磁性Gd從0K到居里溫度239K只表現(xiàn)出純粹的鐵磁性，但磁矩的取向隨溫度而變。Gd以前的輕稀土Ce、Nd、Sm具有反鐵磁性。重稀土金屬Tb、Dy、Ho、Er、Tm表現(xiàn)為鐵磁性或亞鐵磁性。Y、Sc、La、Yb、Lu為非磁性稀土元素，但Y、Sc、Yb的離子具有磁矩。㈡、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性二、合金的組成和磁性㈠、相圖的作用1、什么是相圖？金屬或合金所處的狀態(tài)主要依賴于其成分和外界條件（溫度、壓力）的變化。相圖就是用圖解的形式來表示金屬或合金的組織隨成分、溫度、壓力等變化的關(guān)系。注意：相圖又稱為相平衡圖，反映的是合金在平衡條件下轉(zhuǎn)變的規(guī)律。2、相圖的構(gòu)成單元系：成分不變，由壓力-溫度直角坐標(biāo)平面圖表示二元系：溫度、壓力、成分的立體圖。由于一般情況下，壓力常為恒定，相圖簡化為溫度、成分的直角坐標(biāo)平面圖。三元系：（壓力恒定）是一個(gè)立體圖，底面呈正三角形（成分三角形），三條底邊上-的含量百分?jǐn)?shù)。垂直于底面的縱軸表示溫度。（加圖示）三角形內(nèi)任何一點(diǎn)代表一定成分的三元合金。二、合金的組成和磁性2、相律和杠桿定理⑴、相律是指在平衡條件下，合金系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系式。可以用下式表示：

f=c-p+nf=c-p+1（常壓）

f：自由度數(shù)c：組元數(shù)p：平衡時(shí)相數(shù)n：外界條件可變的數(shù)目應(yīng)用：分析系統(tǒng)中最多能有多少相可以平衡共存分析結(jié)晶是在恒溫還是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行例如：二元系合金，C=2，令f=0，則p=3（三個(gè)平衡相）二元系合金，如結(jié)晶時(shí)，p=2，則f=2-2+1=1（變溫）如結(jié)晶時(shí)，p=3，則f=2-3+1=0（恒溫）2、相律和杠桿定理（2）、杠桿定理合金在結(jié)晶過程中，各相的成分及其相對含量將發(fā)生變化。對于相圖中的兩相區(qū)，可以應(yīng)用所謂杠桿定律求出這兩相的成分及相對含量。在A-B二元系中，任選一合金p，它的成分是Xp（組元B的濃度），組元A的濃度為（1-Xp），在溫度T時(shí)處于二相平衡，和兩相中組元B的濃度分別為Xa和Xb，而組元A的濃度為（）和（），設(shè)合金的重量為1，和的相對量分別為C的C。這樣P點(diǎn)處兩相中同一組元含量之和必等于合金P中相應(yīng)組元的含，可得兩個(gè)方程式：CαXa+CβXb=XpCα(1-Xa)+Cβ(1-Xb)=1-XpTT1ABβαα＋βabpXaXpXb（2）、杠桿定理TT1ABβαα＋βabpXaXpXb3二元合金常見相圖的類型和特征LL+ααL+γLγα+γαLαβαγββLαγβαL→αγ→αL→α+βγ→α+βL+β→αγ+β→α3二元合金常見相圖的類型和特征LL+ααL+γLγα+γα（二）、合金的組成1、基本概念合金：由一種金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的單元?？梢允墙饘僭兀部梢允腔衔?。相：合金中具有相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)并有界面隔開的獨(dú)立均勻部分。組織：材料內(nèi)部的微觀形貌圖象。2、合金的基本相固溶體金屬間化合物據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為｛（二）、合金的組成1、基本概念據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為｛⑴固溶體定義：固溶體是溶質(zhì)組元溶于溶劑點(diǎn)陣中而組成的單一均勻固體。溶質(zhì)只能以原子狀態(tài)溶解，在結(jié)構(gòu)上必須保持溶劑組元的點(diǎn)陣類型。分類據(jù)溶劑類型一次固溶體二次固溶體按固溶度有限固溶體無限固溶體按溶質(zhì)原子的占位置換固溶體間隙固溶體按溶劑、溶質(zhì)原子間相對分布無序固溶體有序固溶體⑴固溶體據(jù)溶劑類型一次固溶體二次固溶體按固溶度有限固溶體無限⑵金屬間化合物合金中各組元的化學(xué)性質(zhì)和原子半徑彼此相差很大，或者固溶體中溶質(zhì)的濃度超過了溶解度極限，就不可能形成固溶體，這時(shí)，金屬與金屬、或金屬與非金屬之間常按一定比例和一定順序，共同組成一個(gè)新的、不同于其任一組元的典型結(jié)構(gòu)的化合物。這些化合物統(tǒng)稱為金屬間化合物。稀土元素和過渡元素可以形成許多金屬間化合物，其中許多是強(qiáng)磁性化合物，著名的高性能永磁合金SmCo5和Sm2Co17就是典型的例子。金屬間化合物可以大約寫出其分子式，但不一定滿足正?；蟽r(jià)平衡的規(guī)律。⑵金屬間化合物（三）、合金的磁性3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性（三）、合金的磁性3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性1、3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性多為無序固溶體，且多顯示鐵磁性；合金的自發(fā)磁化與平均外層電子數(shù)（3d+4s）成函數(shù)關(guān)系（斯萊特-泡林曲線）（圖示）2.稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性多為固溶體和金屬間化合物。目前開發(fā)的稀土永磁材料都是以金屬間化合物為基的材料。晶體結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜的四方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)。輕稀土化合物中3d-4f電子磁矩是屬鐵磁耦合，而重稀土化合物中3d-4f電子磁矩是亞鐵磁性耦合。1、3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性3固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性

磁性合金，大部分為無序固溶體、有限固溶體和間隙固溶體；少數(shù)有序固溶體；相當(dāng)多的金屬間化合物。形成置換固溶體時(shí)，磁性組元間存在同種原子對和異種原子對兩種不同的交換作用，和非磁性組元間不存在交換作用，致使固溶體中交換相互作用的綜合結(jié)果改變，材料基本磁特性就改變。另一方面，由于溶質(zhì)、溶劑原子尺寸的差別，引起晶格畸變，存在應(yīng)力，使材料的二次磁特性改變，特別對軟磁不利。形成間隙固溶體時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力比置換固溶體的大，對二次磁特性影響很大。有序化對磁性的影響很大，一方面是有序和無序固溶體原子環(huán)境不同，其交換相互作用不同，使基本磁特性變化；另一方面，在有序核形成初期，晶格畸變，而有序化后，有、無序共存都會產(chǎn)生應(yīng)力，使二次磁特性也改變。本征磁特性；二次磁特性back3固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性back§2.2相變、脫溶和失穩(wěn)分解一、固態(tài)相變1、定義 當(dāng)外界條件（溫度、壓強(qiáng)）作連續(xù)變化時(shí)，固體物質(zhì)在確定的條件下，其化學(xué)成分或濃度、結(jié)構(gòu)類型、晶體組織、有序度、體積、形狀、物理特性等一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)生突變。2、相變的驅(qū)動(dòng)力和阻力相變的方向ΔG＜0

ΔG=－VΔgv＋σV＋εV驅(qū)動(dòng)力：VΔgv總的化學(xué)自由能阻力：總界面能σV和總應(yīng)變能εV3、金屬磁性材料的固態(tài)相變 主要通過熱處理工藝來控制。對于軟磁，常通過高溫退火，讓材料在室溫附近保持均勻的單相，使界面能和應(yīng)變能盡量降低，以獲得高（μ）和低（Hc），對于永磁常通過淬火和低溫時(shí)效處理，讓材料具有多相結(jié)構(gòu)，來提高（Br）和（Hc）?！?.2相變、脫溶和失穩(wěn)分解一、固態(tài)相變二、過飽和固溶體的脫溶1、定義：過飽和固溶體析出第二相，而其母相仍然保留，但濃度由過飽和達(dá)到飽和的相變。 條件：固溶度隨溫度、成份、壓強(qiáng)變化。2、分類 連續(xù)脫溶 不連續(xù)脫溶3、脫溶過程 αGP區(qū)θ“θ‘θ α：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) θ‘、θ“：過渡相 θ：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高； 過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低 GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對磁性合金的影響⑴、金屬軟磁合金 使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)?？梢杂行У馗纳坪辖鸬能洿盘匦浴＂平饘儆来藕辖鹈撊軐饘儆来盘匦缘奶岣哂兄匾饔?，特別是析出硬化磁鋼。 二、過飽和固溶體的脫溶3、脫溶過程 αGP區(qū)θ“θ‘θ α：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) θ‘、θ“：過渡相 θ：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高； 過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低 GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對磁性合金的影響⑴、金屬軟磁合金 使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)?？梢杂行У馗纳坪辖鸬能洿盘匦浴＂平饘儆来藕辖鹈撊軐饘儆来盘匦缘奶岣哂兄匾饔?，特別是析出硬化磁鋼3、脫溶過程三、失穩(wěn)分解 過飽和固溶體的脫溶大部分為不連續(xù)的局部脫溶，形成非均勻的混合固溶體。但是當(dāng)合金的成分、系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、時(shí)效時(shí)間等條件綜合變化到適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)范圍，也可以發(fā)生全域性均勻的普遍脫熔，也就是發(fā)生勻相轉(zhuǎn)變。其中失穩(wěn)分解就是這種勻相轉(zhuǎn)變中的很重要的一類。1、概念 當(dāng)均勻固溶體中自由能與成份的關(guān)系滿足時(shí)，此固溶體就會失去穩(wěn)定，而出現(xiàn)幅度越來越大的成分漲落，并最終分解為兩相。2、特點(diǎn)勻相轉(zhuǎn)變，全域性的均勻、連續(xù)分解，系統(tǒng)中各處幾乎是同時(shí)發(fā)生，并非形核成長過程。濃度波幅度越來越大的漲落是依靠逆擴(kuò)散來進(jìn)行的。產(chǎn)生的兩相和母相的晶格類型是相同的，僅晶格常數(shù)稍有偏差。3、對金屬永磁材料的影響 分解時(shí)，控制磁性相成單疇，或造成對疇壁的釘扎?？墒共牧汐@得極高的矯頑力，具有優(yōu)異的永磁特性。三、失穩(wěn)分解§2.3金屬磁性材料的織構(gòu)化一、織構(gòu)化的概念

在材料結(jié)構(gòu)一定的情況下，其晶?；虼女犜谝粋€(gè)方向上成規(guī)則排列的狀態(tài)，稱為織構(gòu)。使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)就是織構(gòu)化。 織構(gòu)的種類：結(jié)晶織構(gòu)磁性織構(gòu)雙重織構(gòu)§2.3金屬磁性材料的織構(gòu)化一、織構(gòu)化的概念二、磁性織構(gòu)的形成㈠、磁場熱處理 將磁性材料加熱到居里溫度附近，這時(shí)加上直流磁場，讓磁性材料在磁場中保溫一定時(shí)間并慢冷（或控速冷卻）到室溫。所加磁場的方向?yàn)樵摬牧系暮暧^易磁化方向。磁伸縮理論能解釋部分材料的磁場熱處理效果純金屬λs≠0，無磁場熱處理效果合金λs→0，卻仍然磁場熱處理效果好奈耳—谷口原子對方向性有序化理論㈡、磁場成型 將具有形狀各向異性的非單疇永磁粉末，在磁場中壓制或成型（擠壓、注塑）制成粘結(jié)體，或再經(jīng)適當(dāng)溫度燒結(jié)成永磁體，這些永磁體就具有磁性織構(gòu)。二、磁性織構(gòu)的形成二、結(jié)晶織構(gòu)的形成㈠、反復(fù)冷軋熱處理應(yīng)力感生方向有序排列和晶格滑移感生方向有序排列㈡、定向結(jié)晶 使磁性合金從熔融狀態(tài)開始，嚴(yán)格控制溫度梯度進(jìn)行冷卻，讓結(jié)晶沿一定方向進(jìn)行，從而得到定向結(jié)晶。冷金屬板法發(fā)熱鑄型法蜂巢鑄型法二、結(jié)晶織構(gòu)的形成概述理論基礎(chǔ)工業(yè)純鐵鐵—硅合金鐵鎳合金鐵粉芯納米晶軟磁合金第三章金屬軟磁材料概述第三章金屬軟磁材料§3.1概述一、性能的基本要求貯能高高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度靈敏度高初始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率，脈沖磁導(dǎo)率效率高Hc低，電阻率高，損耗小回線矩形比高穩(wěn)定性好磁滯回線較窄矯頑力小磁導(dǎo)率高§3.1概述一、性能的基本要求二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)

影響磁導(dǎo)率的因素；提高磁導(dǎo)率的措施；損耗（一）、影響磁導(dǎo)率的因素機(jī)理：可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)可逆疇壁位移動(dòng)力：飽和磁化強(qiáng)度阻力：內(nèi)應(yīng)力、參雜、空泡、晶界 1、可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng) 2、可逆疇壁位移

其中疇壁厚度雜質(zhì)直徑雜質(zhì)體積濃度二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)疇壁厚度雜質(zhì)直徑雜質(zhì)體積濃度（二）、提高磁導(dǎo)率的措施

1、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms 2、有效方法，使K1→0，λs→0 3、高溫退火 4、真空熱處理 5、氫氣熱處理 6、使材料雜質(zhì)相對集中 7、真空熔煉、精煉 8、進(jìn)行織構(gòu)化（二）、提高磁導(dǎo)率的措施1、提高飽和磁化強(qiáng)度MsMs主要由材料的成分決定，而所有軟磁材料都含有鐵，要想在很大程度上提高飽和磁化強(qiáng)度是不可能的。提高M(jìn)s不能作為改善磁性能的主要途徑。

例如： 含鎳量為79%左右的鎳鐵合金經(jīng)特殊的熱處理后，初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率可以比鐵-硅合金高幾倍至幾百倍，但其Ms卻只有后者的一半左右。1、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms2、有效方法，使K1→0，λs→0控制成分，使K1→0，λs→0，甚至同時(shí)為零。使磁導(dǎo)率大大提高?？刂朴行蛳嗪蜔o序相的比例?？刂婆浞娇刂评渌?、高溫退火

將磁性材料加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻到室溫，得到接近平衡組織的熱處理過程。作用：消除應(yīng)力，改善金屬和合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶恢復(fù)——原子在晶粒范圍內(nèi)活動(dòng)，晶格恢復(fù)完整，晶粒大小不變。再結(jié)晶——在高溫下，晶粒長大，材料應(yīng)力進(jìn)一步下降。2、有效方法，使K1→0，λs→04、真空熱處理 在真空氣氛（乇以下）保護(hù)下進(jìn)行高溫退火，可消除材料的應(yīng)力，并去除部分雜質(zhì)，比普通退火好。作用：防止材料在熱處理中氧化防止在材料熱處理中滲入雜質(zhì)在熱處理中幫助去除雜質(zhì)，特別是氣態(tài)雜質(zhì)消除應(yīng)力缺點(diǎn)：在真空氣氛下，合金某些成分易揮發(fā)，使成分偏離工藝復(fù)雜，成本高4、真空熱處理5、氫氣熱處理

在H2氣氛保護(hù)下進(jìn)行高溫退火作用：防止材料在熱處理中氧化防止在材料在熱處理中滲入雜質(zhì)在熱處理中去除雜質(zhì)消除應(yīng)力缺點(diǎn)：要求氫氣純高，成本高溫度和氫氣流量較難控制6、使材料雜質(zhì)相對集中7、真空熔煉、精煉8、進(jìn)行織構(gòu)化5、氫氣熱處理三、常見金屬軟磁材料工業(yè)純鐵鐵硅合金鐵鎳合金鐵鋁合金鋁硅鐵合金非晶及納米晶軟磁合金磁介質(zhì)三、常見金屬軟磁材料§3.2工業(yè)純鐵一、特點(diǎn) 純度在99.8%以上的鐵，不含任何故意添加的合金元素。室溫性能：Bs=2.15(T),居里點(diǎn)θf=770℃,μm=20000,ρ=0.1×10-6(Ω.m)。雜質(zhì)對其性能有較大影響，見表（5.1.1252頁）。碳含量低矯頑力低磁導(dǎo)率高導(dǎo)熱性和加工性好有一定的耐腐蝕性和價(jià)格便宜電阻率低，不能在交流磁場中應(yīng)用二、應(yīng)用作金屬磁性材料的重要原料在直流磁場中，作為恒定磁場中的磁導(dǎo)體。如作磁極和磁屏蔽。§3.2工業(yè)純鐵一、特點(diǎn)三、分類1、電解鐵 含有0.05~0.02%C、Mn≤0.01%、P≤0.005%、S≤0.004%、Al≤0.01%、Cu≤0.015%。電磁性能：μi=500、μm=1500、Br=1.05(T)、Hc=0.35(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8Ω.m)2、阿姆柯鐵 含C≤0.025%、Mn≤0.035%、P≤0.015%、S≤0.05%、Cu≤0.08%。磁性能：μi=2000~5000、μm=6000~15000、Hc=0.5~1.5(×79.6A/m)3、羰基鐵 由Fe（Co）5分解而成，純度高。磁性能：μi=2000~3000、μm=20000~21500、Br=0.5~1.0(T)、Hc=0.08(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8Ω.m)三、分類§3.3鐵硅合金 鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變壓器、電動(dòng)機(jī)、和發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和通信設(shè)備中，它是最重要的鐵芯材料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。1900—1930年，煉鋼和熱軋加工技術(shù)1934~60年晶粒取向、熱處理、玻璃涂層1983~至今年輻射§3.3鐵硅合金 鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變一、鐵硅合金相圖一、鐵硅合金相圖由相圖可以看出隨著合金含硅量的增加，α→γ的轉(zhuǎn)變溫度上升，γ→δ的轉(zhuǎn)變溫度下降，兩者在大約2.5%Si處相交，形成一封閉的“γ回線”。3.2%Si-Fe合金來說，當(dāng)溫度從室溫上升到熔點(diǎn)的過程中，不會發(fā)生任何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并始終保持單一的體心立方結(jié)構(gòu)，這對在較高溫度下進(jìn)行再結(jié)晶退火十分有利，同時(shí)，當(dāng)溫度從高溫緩慢冷卻到室溫時(shí)，又不會象純鐵那樣受到δ→γ和γ→α轉(zhuǎn)變的干擾，因此這種合金很容易制成單晶。γ回線的大小對合金的含C量十分敏感。對鐵硅合金，應(yīng)使含C下降到0.01%以下。由相圖可以看出再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的顯微組織發(fā)生顯著的變化，破碎的、被拉長的晶粒全部轉(zhuǎn)變成均勻而細(xì)小的等軸晶粒。再結(jié)晶時(shí)金屬不發(fā)生晶格類型的變化，而是形成無晶格畸和加工硬化的新晶粒，晶粒的形狀和大小也發(fā)生了相應(yīng)的變化。BACK再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的顯微組織發(fā)生顯著的變化，二、硅對合金性能的影響二、硅對合金性能的影響硅的加入可以降低鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)，同時(shí)隨著硅含量的增大，飽和磁致伸縮系數(shù)和可以逐漸趨于零。這對提高磁導(dǎo)率和降低矯頑力是有利的。添加硅可以提高合金的電阻率。這對降低渦流損耗特別重要。鐵硅合金的密度隨含硅量增大而下降，制成鐵芯后，對減輕變壓器和電機(jī)的重量有利。硅促進(jìn)鋼中碳的石墨化，退火時(shí)鋼的脫碳傾向增加，同時(shí)還可以與鋼中的O2合成SiO2，使鋼脫氧。這樣可使損耗下降，磁性能改善，而且避免碳和氧所引起的老化現(xiàn)象。硅鋼的磁性對溫度、振動(dòng)及應(yīng)力等敏感性較少，具有較高的穩(wěn)定性。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度和居里溫度均隨含硅量的增加而下降。硬度增加、延伸率、沖擊韌性下降。加工困難。硅的加入可以降低鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)，同時(shí)隨著硅含量的三、硅鋼片的退火普通退火：800~900℃高溫退火：1050~1200℃作用：削除了加工硬化現(xiàn)象，減少了雜質(zhì)或改變了碳的形態(tài)，磁性因而獲得改善。三、硅鋼片的退火四、硅鋼片的制備非取向硅鋼片：熱軋硅鋼片冷軋硅鋼片晶粒取向硅鋼片：單取向硅鋼片戈斯織構(gòu)雙取向硅鋼片立方織構(gòu)硅鋼片的生產(chǎn)流程如下：四、硅鋼片的制備非取向硅鋼片：熱軋硅鋼片立方織構(gòu)硅鋼片主要的制備工藝只要條件允許，制造純度盡可能高的鐵硅合金。材料的這種高純狀態(tài)是出現(xiàn)立方織構(gòu)的重要先決條件。通過熱軋和冷軋，以及在適當(dāng)?shù)臍夥罩羞M(jìn)行中間退火，將材料軋到一定的厚度；在最后一道軋制完成后，通過退火發(fā)展（110）[001]或（120）[001]型的初次（或二次）織構(gòu)。在嚴(yán)密控制的氣氛中進(jìn)行最后退火,以便通過二次或三次再結(jié)晶發(fā)展立方織構(gòu)。立方織構(gòu)硅鋼片主要的制備工藝只要條件允許，制造純度盡可能高的§3.3鐵鎳合金一、概述 含Ni為30%~90%的鐵-鎳系軟磁合金一般統(tǒng)稱為坡莫合金（或叵姆合金）。特點(diǎn)分類1、特點(diǎn)成份范圍很窄，性能可以通過成份和熱處理工藝來調(diào)整，可以滿足各種要求加工性能好低和中等磁場下具有較高的磁導(dǎo)率和很低的矯頑力§3.3鐵鎳合金一、概述2、分類含Ni量：低鎳合金小于45%中鎳合金45%~70%高鎳合金70%~80%用途：磁芯材料熱敏材料磁頭材料磁性能：高磁導(dǎo)率鐵鎳合金高矩磁鐵鎳合金恒磁導(dǎo)率鐵鎳合金2、分類二、鐵鎳合金相圖二、鐵鎳合金相圖由相圖可以看出含鎳量從30%到100%的鎳鐵合金在室溫下是由單一的面心立方結(jié)構(gòu)的γ相組成。在合金含量小于30%時(shí)，γ相在較低溫度下可通過馬氏體相變轉(zhuǎn)變?yōu)轶w心立方的α相，這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變有明顯的熱滯現(xiàn)象，即升溫時(shí)的α→γ轉(zhuǎn)變a溫度和降溫時(shí)γ→α的轉(zhuǎn)變溫度不重合。兩相區(qū)難以確定。在相當(dāng)于FeNi3、FeNi、Fe3Ni成分處會發(fā)生有序和無序相轉(zhuǎn)變。有序化轉(zhuǎn)變溫度在506℃。由相圖可以看出二、合金成分對電磁性能的影響二、合金成分對電磁性能的影響電阻率的最大值出現(xiàn)在含Ni量30~40%的范圍。在純金屬中加入雜質(zhì)元素后，由于電子運(yùn)動(dòng)的自由程縮短，電阻率必然增加。加入的雜質(zhì)元素愈多，則電阻率值愈高。對鐵鎳合金而言，含Ni35%以下，是Ni原子固溶在Fe中。而Ni35%以上，是Fe原子固溶在Ni中。電阻率的最大值出現(xiàn)在含Ni量30~40%的范圍。在純金屬中加磁性材料導(dǎo)論課件居里溫度在含Ni量為0~10%和65~100%兩個(gè)成分范圍內(nèi)，居里溫度隨鎳含量的增加而下降。當(dāng)含鎳量為35%左右時(shí)，由于非磁性相的出現(xiàn)，居里溫度急劇下降。在67%Ni附近，由于點(diǎn)陣距離剛好滿足出現(xiàn)最大的交換能，故居里溫度出現(xiàn)最大值。飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度由于鎳原子的玻爾磁子數(shù)比鐵小，所以0~20%Ni之間，Bs隨含鎳量的增加而下降。在20~35%Ni范圍內(nèi)，由于出現(xiàn)了非磁性相，Bs發(fā)生突變而迅速一降。居里溫度磁性材料導(dǎo)論課件磁晶各向異性常數(shù)K1和磁致伸縮系數(shù)λs通過控制冷卻速度和成分可有效地控制K1和λs，從而達(dá)到提高磁性能的目的。磁晶各向異性常數(shù)K1和磁致伸縮系數(shù)λs三、熱處理對鐵鎳合金磁性的影響1、叵姆處理 獲得高磁導(dǎo)率的材料，要使軟磁材料呈單相的固溶體、低的K1和s值、高的Bs。為了避免有序化，同時(shí)減少內(nèi)應(yīng)力。一般采用雙重?zé)崽幚恚ㄘ夏诽幚恚┑姆椒ǎ?將坡莫合金退火后從600將樣品放在銅板上，在空氣中急冷，或在隨爐冷卻后，再加熱到600，然后快速冷卻，即進(jìn)行雙重?zé)崽幚怼?、磁場熱處理 將坡莫合金在其居里溫度附近加磁場冷卻，或進(jìn)行磁場熱處理，在平行所加磁場的方向上測量的磁化曲線均呈出矩形磁滯回線，而在垂直方向上為平直的磁化曲線。三、熱處理對鐵鎳合金磁性的影響1、叵姆處理四、多元系坡莫合金

在Ni-Fe合金中加入鉬、鉻、銅等元素的多元系坡莫合金，可不進(jìn)行急冷處理，只要冷卻速度適當(dāng)，其初始磁導(dǎo)率可比二元系坡莫合金高幾倍。而且電阻率也比78.5%Ni坡莫合金要高3倍，為0.60×10-3(Ω.m)，但飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度從1.3(T)降到0.6~0.8(T).四、多元系坡莫合金 在Ni-Fe合金中加入鉬、鉻、銅等元素的合金元素對高磁導(dǎo)率Fe-Ni合金性能

成分設(shè)計(jì)的原則是使λs≈0，通過調(diào)整熱處理工藝使K1≈0，而獲得高磁導(dǎo)率1、鉬 鉬小于15%時(shí)，在Ni大于50%鐵-鎳合金中完全固溶，它使：電阻率上升含78.5%Ni的鐵-鎳合金的K1和λs更接近零鉬可以阻止有序相FeNi3的形成，因而可以降低熱處理的冷卻速度鉬使K1=0的合金鎳含量增加。4Mo-79Ni5Mo-80Ni6Mo-81Ni降低合金的μ0Ms和居里溫度。合金元素對高磁導(dǎo)率Fe-Ni合金性能2、銅改善合金的冷加工性能銅使合金的μa及μm值提高，且降低了磁導(dǎo)率對成分的敏感性，即當(dāng)合金成分偏離最佳成分時(shí)，對μa及μm值影響不大銅可抑制合金中有序相FeNi3的形成，因而可以降低熱處理的冷卻速度降低合金的μ0Ms和居里溫度。2、銅3、其它元素錳可提高電阻率、降低矯頑力值，可以脫硫、脫氧、改善熱加工性能。鉻使鐵鎳合金的居里溫度降低，抑制有序相的形成，提高合金的電阻率值釩、鈮、鈦等可提高合金的硬度，改善耐磨性。碳可以脫氧，但C含量大于0.05%時(shí)使磁性急劇下降。硅加入0.05%左右對合金磁性有利，因其和錳可復(fù)合脫氧，使脫氧顆粒呈大顆粒。磷大于0.06%時(shí)，使合金的μ值急劇下降。3、其它元素§3.4磁介質(zhì) 磁介質(zhì)是將鐵磁體粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制成的磁性材,常稱為鐵粉芯.在磁介質(zhì)中,每一鐵磁顆粒間在電與磁方面彼此分隔,故可隔斷渦流。一、磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率μ介——鐵磁體的磁導(dǎo)率μ鐵——磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率g——絕緣介質(zhì)所占體積的比值§3.4磁介質(zhì) 磁介質(zhì)是將鐵磁體粉粒與絕緣介質(zhì)混合壓制成的磁性材料導(dǎo)論課件二、磁介質(zhì)的制造工藝二、磁介質(zhì)的制造工藝絕緣處理為關(guān)鍵技術(shù)熱處理一般分為低溫?zé)崽幚砗透邷責(zé)崽幚砉袒判鞠龎褐品勰┧a(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，以提高磁特性。絕緣處理為關(guān)鍵技術(shù)三、磁介質(zhì)的種類電解鐵粉芯工藝簡單，磁特性穩(wěn)定，損耗較大。坡莫合金粉芯磁導(dǎo)率高、損耗低、但價(jià)格貴。羰基鐵粉芯性能穩(wěn)定，高頻特性好，可用于幾百M(fèi)Hz場合。鋁硅鐵粉芯磁導(dǎo)率中等，可具有負(fù)溫度系數(shù)。隨著軟磁鐵氧體的發(fā)展，磁介質(zhì)的生產(chǎn)大大減少了。只有在高溫、大功率、高頻等特殊場合仍然離不開它。三、磁介質(zhì)的種類電解鐵粉芯第三章金屬永磁材料金屬永磁材料概述提高永磁特性的措施析出硬化型永磁材料稀土永磁材料第三章金屬永磁材料金屬永磁材料概述§4.1金屬永磁材料概述一、永磁材料發(fā)展概況§4.1金屬永磁材料概述一、永磁材料發(fā)展概況磁性材料導(dǎo)論課件二、對永磁體的要求（一）、對永磁特性參數(shù)的要求剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度高矯頑力HCJ和HCB高（BH）max要大曲線的退磁凸出系數(shù)趨于γ→1，γ=（B·H）m/(Br·Hc)；穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性、磁場穩(wěn)定性、時(shí)間穩(wěn)定性（二）、將永磁體選用在最佳工作點(diǎn)，即最大磁能

積點(diǎn)附近。（三）、經(jīng)濟(jì)性好二、對永磁體的要求（一）、對永磁特性參數(shù)的要求三、分類成分：碳鋼鋁鋁鎳鈷合金稀土合金工藝：鑄造型燒結(jié)型粘結(jié)型四、矯頑力機(jī)理高應(yīng)力型單疇型成核型釘扎型三、分類§4.2提高永磁特性的措施 永磁材料磁性的優(yōu)劣主要由最大磁能積（BH）m判定，而（BH）m又取決于Br、Hc及隆起度γw。 一般Br變化范圍小，如由0.2至1.5T,僅相差約8倍;而Hc變化范圍大,如由4×103至8×103安/米,相差200倍,γw可在0.025~0.85間變化?！?.2提高永磁特性的措施一、剩磁Br提高M(jìn)S(MS由成分決定）對于成分給定的永磁材料，提高Br/Bs的比值定向結(jié)晶（鋁鎳鈷系列）磁場熱處理（鋁鎳鈷系列）磁場成型結(jié)晶定向、磁疇定向一、剩磁Br磁性材料導(dǎo)論課件二、矯頑力Hc

不可逆壁移磁疇內(nèi)磁化矢量的不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)是使殘余磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)榱銜r(shí)所需的反向磁場的大小，主要依賴增加疇壁位移和疇轉(zhuǎn)的阻力增大Hc值。如果Hc是由壁移機(jī)制決定的，可在合金內(nèi)增加應(yīng)力梯度及非磁性相來增加Hc。這種機(jī)制只能獲得較低的Hc值若Hc是由疇轉(zhuǎn)過程決定的，則磁疇在不可逆轉(zhuǎn)動(dòng)過程中受到的阻力就是Hc值的度量。這時(shí)依賴于造成單疇粒子或彌散的單疇脫溶相及其三種各向異性（磁晶、應(yīng)力及形狀）來增加疇轉(zhuǎn)的阻力，從而獲得高的Hc值。二、矯頑力Hc疇壁釘扎：是指在材料反磁化過程中，當(dāng)反向磁場低于某一釘扎場Hp時(shí)，疇壁基本上固定不動(dòng)。只有當(dāng)反向磁場超過釘扎場Hp時(shí)，疇壁才能掙脫束縛，開始發(fā)生不可逆位移。點(diǎn)缺陷、位錯(cuò)、晶界、堆垛、層錯(cuò)等有關(guān)的局域性交換作用和局域性各向異性起伏等都可以是疇壁釘扎點(diǎn)的重要來源疇壁釘扎：是指在材料反磁化過程中，當(dāng)反向磁場低于某一釘扎場H三、隆起度 組織敏感參數(shù)。γw是永磁材料的晶體織構(gòu)和磁結(jié)構(gòu)程度的外觀表現(xiàn)。 可利用定向結(jié)晶，磁場及應(yīng)力熱處理等方法來提高γw。三、隆起度四、穩(wěn)定性

η=（△Z/Z）×100%不可逆變化——自然變化可逆變化——當(dāng)條件復(fù)原或重新充磁，永磁體的性能可以恢復(fù)。如溫度、外磁場干擾、機(jī)械沖擊、振動(dòng)等。四、穩(wěn)定性措施：

選擇高的Hc,高θf配方，并可添加有益雜質(zhì)，以及利用不同系列合金，正負(fù)溫度等效互相補(bǔ)償來提高穩(wěn)定性。時(shí)效處理，進(jìn)行人工老化（時(shí)效溫度比工作溫度高30~50攝氏度）。溫度循環(huán)處理，在比工作溫度范圍寬的溫度，反復(fù)循環(huán)多次。交流退磁處理，在比干擾場稍大的交流磁場中退磁。正確選擇永磁體的工作點(diǎn)。利用熱磁合金進(jìn)行外補(bǔ)償，可以提高溫度穩(wěn)定性。

措施：§4.3析出硬化型永磁材料

析出硬化型永磁材料，又稱沉淀硬化型磁鋼，包括Al-Ni-Fe系合金和Al-Ni-Co系合金。其矯頑力是在合金冷卻過程中獲得的，通過失穩(wěn)分解沉淀出近似單疇大小的伸長形磁性相彌散分布于弱磁性相中，利用磁性相的形狀各向異性，其反磁化依靠磁矩的非均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。 從制造工藝上又可分為鑄造型和燒結(jié)型磁鋼，§4.3析出硬化型永磁材料 析出硬化型永磁材料，又稱沉淀硬磁性材料導(dǎo)論課件§4.4稀土永磁合金是稀土金屬和過渡族金屬形成的金屬間化合物。是目前具有最高永磁特性的永磁材料。用于制造大退磁場的行波管聚焦磁鐵、微型永磁馬達(dá)和發(fā)電機(jī)及微型高靈敏度儀表等。六十年代——第一代稀土永磁（1:5型R-Co永磁）七十年代——第二代稀土永磁（2:17型R-Co永磁）八十年代——第三代稀土永磁（R-Fe-B永磁）§4.4稀土永磁合金是稀土金屬和過渡族金屬形成的金屬間化一、RCo5型型稀土永磁（一）SmCo5永磁材料的成分和結(jié)構(gòu)Sm-Co之間可形成七種金屬間化合物，其中SmCo5屬六角晶系，點(diǎn)陣常數(shù)a=5.002Aο,c=3.694Aο。一、RCo5型型稀土永磁磁性材料導(dǎo)論課件按SmCo5分子式計(jì)算：成分：Sm——16.66at% 實(shí)際上，Sm含量在16.85~17.04%at可獲得最佳值。 主要是因?yàn)镾m在制備過程中，約有1~2wt%被氧化。按SmCo5分子式計(jì)算：（二）RCo5永磁的制備工藝

1.粉末冶金法：配料→熔煉→磨粉→磁場成型→燒結(jié)→熱處理→磨加工→檢驗(yàn)2.還原擴(kuò)散法：原料準(zhǔn)備→混料→還原擴(kuò)散→去除鈣和氧化鈣→磨料→干燥→磁場成型→燒結(jié)→熱處理→磨加工→檢驗(yàn)

（二）RCo5永磁的制備工藝3、在制備時(shí)應(yīng)注意的問題：配料時(shí)應(yīng)補(bǔ)足可能發(fā)生的損失量。熔煉和燒結(jié)時(shí)應(yīng)先在真空后充氬氣的氣氛保護(hù)下進(jìn)行制粉應(yīng)在介質(zhì)保護(hù)下進(jìn)行振動(dòng)球磨合理的燒結(jié)溫度、熱處理工藝磁場成型3、在制備時(shí)應(yīng)注意的問題：（三）SmCo5永磁矯頑力機(jī)理單疇矯頑力理論單疇顆粒和磁化強(qiáng)度可近似看做均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，它的Hcj和Ku成正比。實(shí)際情況這類合金的矯頑力比理論值低得多（十分之一）。SmCo5單疇臨界尺寸為d0=0.3~1.6μm,而實(shí)際獲得最高矯頑力的顆粒尺寸D=5~20μm。且Hcj和Ku不成正比。晶界、晶體缺陷和第二相對疇壁的釘扎效應(yīng)由反磁化疇的形核與長大的臨界場Hs決定（三）SmCo5永磁矯頑力機(jī)理單疇矯頑力理論二、R2TM17型稀土永磁R2TM17多數(shù)屬于菱方晶系Sm2Co17是稀土永磁合金中磁穩(wěn)定性最好的一種，居里溫度很高，Tc=926℃，對于高溫下的應(yīng)用具有重要的意義。單相型R2（Co、Fe）17永磁的矯頑力由反磁化疇的形核、長大的臨界場決定，其性能不高，工藝不易控制。以Sm-Co-Cu三元系為基礎(chǔ)發(fā)展起來的2：17型稀土永磁，是時(shí)效硬化型材料，其中，Sm-Co-Cu-Fe-M系2：17型永磁，代表第二代稀土永磁，已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。其中Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17合金的磁性能最好，并已商品化。（一）、Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17永磁的成分 這種合金的成分可表達(dá)為：Sm（Co1-u-v-wCuuFevMw）z其中：z=7.0~8.3,W=0.01~0.03,u=0.05~0.08,v=0.15~0.30,M=Zr、Hf、Ti、Ni等金屬原子。二、R2TM17型稀土永磁R2TM17多數(shù)屬于菱方晶系磁性材料導(dǎo)論課件（二）、合金元素對合金性能的影響1、Sm含量對合金性能的影響 對合金的矯頑力影響很大，同時(shí)也影響退磁曲線的方形度。2、Fe含量對合金性能的影響 隨Fe含量的增加，合金的Bs迅速提高；同時(shí)Fe有促進(jìn)胞狀組織形成的作用，隨Fe含量的增加，Hcj也提高。3、Cu含量對合金性能的影響 隨Cu含量的增加，合金的Hcj迅速提高;而Br和K下降。4、Zr含量對合金性能的影響 提高Hcj和退磁曲線方形度起關(guān)鍵作用。同時(shí)含Zr的合金的矯頑力對熱處理工藝十分敏感；Zr加入，可使合金中Fe含量增加，而使Cu和Sm含量減少。（二）、合金元素對合金性能的影響（三）、Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17永磁合金的熱處理1190~1220℃/燒結(jié)1~2h1130~1175℃/固溶處理0.5~2h后快冷750~850℃/等溫時(shí)效0.5~10h分級時(shí)效或控速冷卻（三）、Sm2（Co、Cu、Fe、Zr）17永磁合金的熱處三、R-Fe-B系稀土永磁（一）、概述（二）、Nd-Fe-B永磁的成分和結(jié)構(gòu)（三）、燒結(jié)和熱處理（四）、矯頑力機(jī)理（五）、穩(wěn)定性三、R-Fe-B系稀土永磁（一）、概述（一）、概述第三代鐵基稀土永磁，不含戰(zhàn)略物質(zhì)Co和Ni；自1983年開發(fā)以來，已由R-Fe-B三元系發(fā)展到（Nd、HR）-FeM1M2-B七元系合金；生產(chǎn)工藝多種多樣，如燒結(jié)法、熔體快淬法、粘結(jié)法、機(jī)械合金化法等。它能吸起相當(dāng)于自重640倍的重物，而鐵氧體只能吸起自重的120倍；居里溫度不高，穩(wěn)定性差。（一）、概述（二）、Nd-Fe-B永磁的成分和結(jié)構(gòu)1、成分 Nd11.76+xFe82.35-x-yB5.88+y,大約為Nd15Fe77B8，以Nd2Fe14B化合物為基，并富B和富Nd。2、結(jié)構(gòu)Nd2Fe14B四方相、富Nd相和富B相 Nd2Fe14B化合物一個(gè)單胞中由4個(gè)分子組成，有68個(gè)原子；它們構(gòu)成四方結(jié)構(gòu)，易磁化軸為c軸；鐵磁性。富Nd相，沿晶粒邊界分布，其作用為：能助熔促進(jìn)燒結(jié)，使磁體致密化，Br提高沿晶界分布，有利于矯頑力的提高易氧化，抗蝕性差。富B相，大部分沿晶界分布。B為四方相形成的關(guān)鍵，但過多會使合金的Br下降。（二）、Nd-Fe-B永磁的成分和結(jié)構(gòu)磁性材料導(dǎo)論課件磁性材料導(dǎo)論課件（三）、燒結(jié)和熱處理采用二級回火處理（四）、矯頑力機(jī)理

認(rèn)為普遍由于疇壁位移機(jī)理引起的。但到底是成核型硬化還是釘扎型硬化目前尚有爭論。（五）、穩(wěn)定性 目前，R-Fe-B系合金的缺點(diǎn)是磁穩(wěn)定性差，Nd-Fe-B三元系永磁材料在20~100范圍內(nèi)，磁感溫度系數(shù)為Sm-Co合金的3~5倍，矯頑力溫度系數(shù)為Sm-Co合金的2~3倍。原因合金的居里溫度不高Nd和Fe都比較易氧化和腐蝕（三）、燒結(jié)和熱處理提高其穩(wěn)定性的措施提高合金本身的耐蝕性磁體表面形成保護(hù)膜降低環(huán)境溫度1、提高合金本身的耐蝕性添加Al、Nb、Ga、Dy等元素，減緩氧化速度，提高矯頑力；添加Co以提高Tc；減少原料中和氯離子2、磁體表面形成保護(hù)膜金屬涂層無機(jī)涂層有機(jī)涂層提高其穩(wěn)定性的措施四、粘結(jié)稀土永磁粘結(jié)永磁材料是把永磁材粉末用粘結(jié)劑合成和永磁體，簡稱粘結(jié)磁體。（一）、粘結(jié)稀土永磁的特點(diǎn)1、工藝簡單，適于批量生產(chǎn)，原材料利用率高，成本低；2、能制作復(fù)雜形狀的磁體，尺寸精度高，一般勿需二次加工；3、機(jī)械強(qiáng)度高，可進(jìn)行機(jī)械加工；4、易于生產(chǎn)復(fù)合元件，可將永磁、軟磁、結(jié)構(gòu)件、導(dǎo)電體、導(dǎo)熱體等成型為一個(gè)整體；5、便于按需要調(diào)整成分、性能，特別可作內(nèi)稟溫度補(bǔ)償；6、電阻率高，適用于高頻場合；7、磁性能中等，介于燒結(jié)鐵氧體永磁和燒結(jié)稀土永磁之間。四、粘結(jié)稀土永磁粘結(jié)永磁材料是把永磁材粉末用粘結(jié)劑合成和永磁（二）、粘結(jié)稀土永磁的制造工藝1、稀土永磁粉末的制備2、粘結(jié)劑3、磁場成型（三）、粘結(jié)稀土永磁的性能

主要決定于粉末的性能，其機(jī)械特性及抗氧化、抗腐蝕、熱穩(wěn)定性等，與粘結(jié)劑有密切關(guān)系。（二）、粘結(jié)稀土永磁的制造工藝第三篇非晶態(tài)磁性合金概述非晶態(tài)合金的制備與結(jié)構(gòu)非晶態(tài)磁性合金與應(yīng)用第三篇非晶態(tài)磁性合金概述與晶態(tài)材料比兩個(gè)最基本的區(qū)別原子排布不具有周期性熱力學(xué)亞穩(wěn)態(tài)新的概念注重研究體系的局部特性研究新的局域化本征態(tài)建立新的理論方法重視亞穩(wěn)態(tài)特性分類TM-M型非晶態(tài)合金RE-TM型非晶態(tài)合金TM-TM型非晶態(tài)合金概述與晶態(tài)材料比兩個(gè)最基本的區(qū)別非晶態(tài)合金的制備與結(jié)構(gòu)非晶態(tài)材料的特性非晶態(tài)材料的制備工藝非晶態(tài)材料的結(jié)構(gòu)及其特性非晶態(tài)合金的制備與結(jié)構(gòu)非晶態(tài)材料的特性非晶態(tài)材料的特性非晶合金可形成一系列優(yōu)良的軟磁材料，用作變壓器鐵芯、開關(guān)電源磁芯磁記錄材料、磁性傳感器、磁屏蔽與電機(jī)材料等方面非晶材料抗化學(xué)腐蝕的能力強(qiáng)非晶材料抗射線及中子等輻輻射能力強(qiáng)非晶材料具有特別好的機(jī)械性能BACK非晶態(tài)材料的特性非晶合金可形成一系列優(yōu)良的軟磁材料，用作變壓非晶材料的制備非晶態(tài)形成的判據(jù)戴維斯判據(jù)尼爾森判據(jù)制備方法氣相沉積法液相急冷法高能離子注入法非晶材料的制備非晶態(tài)形成的判據(jù)戴維斯判據(jù)設(shè)合金的熔點(diǎn)為Tm，混合熔點(diǎn)為Tm，定義J=（Tm-Tm）/Tm為熔點(diǎn)的相對偏移，則戴維斯判據(jù)可敘述為：當(dāng)J＞0.2時(shí)，合金可在105~107K.S-1下形成非晶態(tài)合金?；旌先埸c(diǎn)Tm可表示為：Tm=TTM.XTM+TM.

XMmm過渡金屬熔點(diǎn)類金屬熔點(diǎn)過渡金屬的原子百分?jǐn)?shù)類金屬的原子百分?jǐn)?shù)戴維斯判據(jù)設(shè)合金的熔點(diǎn)為Tm，混合熔點(diǎn)為Tm，定義J=（Tm尼爾森判據(jù)定義合金的升華焓:非晶態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg是升華焓的函數(shù),則尼爾森判據(jù)可表達(dá)為:0≤XM≤0.40及Tg/Tm≥0.5時(shí)可形成非晶合金尼爾森判據(jù)定義合金的升華焓:制備方法氣體液體非晶體晶體平衡132BACK制備方法氣體液體非晶體晶體平衡132BACK非晶材料的結(jié)構(gòu)及其特性研究非晶結(jié)構(gòu)常用的方法：實(shí)驗(yàn)測量和模型研究實(shí)驗(yàn)測量：確定是否為非晶結(jié)構(gòu)；肯定短程序是否存在及其差別模型研究：確定一種可能的原子排布一、非晶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)特性二、磁性非晶合金的結(jié)構(gòu)模型非晶材料的結(jié)構(gòu)及其特性研究非晶結(jié)構(gòu)常用的方法：一、非晶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)特性X射線的衍射圖是由較寬的暈和彌散的環(huán)組成，沒有表征晶態(tài)那種由一些明晰的環(huán)組成的衍射圖樣用電子顯微鏡觀察結(jié)構(gòu)，看不到晶體的晶粒邊界、晶格缺陷等形成的衍襯反差徑向分布函數(shù)（RDF），它是表征非晶態(tài)與晶態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)結(jié)構(gòu)間差別最主要的特征標(biāo)志（圖7.3.2321頁）一、非晶結(jié)構(gòu)的實(shí)驗(yàn)特性X射線的衍射圖是由較寬的暈和彌散的環(huán)組固體中一般原子的徑向分布函數(shù)RDF=4πr2ρ(r)，ρ（r）為原子的密度分布，是指以任一原子為原點(diǎn)，ρ（r）dr給出在相距為r到r+dr的球殼內(nèi)找到一近鄰原子的固體中一般原子的徑向分布函數(shù)RDF=4πr2ρ(r)，二、磁性非晶合金的結(jié)構(gòu)模型微晶模型連續(xù)無規(guī)網(wǎng)絡(luò)模型（CRN）硬球無規(guī)密堆模型（RCP）二、磁性非晶合金的結(jié)構(gòu)模型微晶模型金屬磁性材料概述磁學(xué)基礎(chǔ)知識金屬磁性材料的理論基礎(chǔ)金屬軟磁材料金屬永磁材料非晶磁性合金金屬磁性材料概述第一章概述材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料。金屬磁性材料為金屬功能材的一種，由金屬、合金以及金屬間化合物所組成。歷史悠久、種類多、應(yīng)用廣。特別是近年來，有重大突破，發(fā)展很快。例如：稀土永磁材料；雙相納米晶軟磁材料；非晶軟磁薄帶；超細(xì)微粉（納米級）。第一章概述材料主要分為金屬材料、陶瓷材料和高分子材料。金屬磁什么是金屬磁性材料？由金屬、合金、及金屬間化合物所組成的磁性材料。一般分為：金屬軟磁材料和金屬永磁材料。分類原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)晶態(tài)合金非晶態(tài)合金磁性能特點(diǎn)軟磁合金硬磁合金矩磁合金壓磁合金（磁致伸縮材料）磁性材料導(dǎo)論課件金屬軟磁材料（HC＜800A/M)應(yīng)用：電力工業(yè)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制、微波技術(shù)、雷達(dá)技術(shù)及磁記錄方面不可缺少的關(guān)鍵材料。作用形式：①能量轉(zhuǎn)換；②信息處理。特點(diǎn)：在外磁場作用下才顯示磁性，去掉外磁場后不對外顯示磁性。金屬永磁材料應(yīng)用：精密的儀器儀表；電訊、電聲器件；工業(yè)設(shè)備；控制器件；其它器件。作用原理利用永磁合金在給定的空間產(chǎn)生一定的磁場強(qiáng)度；利用永磁合金的磁滯特性產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)矩，使電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。特點(diǎn)充磁后，去掉外磁場后仍可保留磁性。磁性材料導(dǎo)論課件第二章金屬磁性材的理論基礎(chǔ)鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性相變、脫溶和失穩(wěn)分解金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)金屬磁性材料的損耗金屬永磁材料的理論基礎(chǔ)金屬磁性材料的織構(gòu)化第二章金屬磁性材的理論基礎(chǔ)鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性§2.1鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性一、鐵磁金屬的結(jié)構(gòu)和磁性（一）鐵、鎳、鈷的晶體結(jié)構(gòu)和磁性Fe、Ni、Co的晶體結(jié)構(gòu)代表金屬磁性材料三種典型的、最簡單的晶體結(jié)構(gòu)Fe：

⑴常壓下，溫度＜910℃為體心立方（bcc），鐵磁性的α－Fe， 居里溫度為770℃，易磁化方向?yàn)?lt;100>,難磁化方向?yàn)?lt;111>⑵910℃＜溫度＜1400℃面心立方,順磁性的γ－Fe⑶溫度＜1400℃體心立方順磁性的δ－Fe§2.1鐵磁金屬和合金的結(jié)構(gòu)和磁性Ni:在常壓下，在熔點(diǎn)以溫范圍內(nèi)，均是面心立結(jié)構(gòu)（fcc）為鐵磁性的γ-Ni居里點(diǎn)為358℃易磁化方向?yàn)?lt;111>難磁化方向?yàn)?lt;100>Ni:Co：⑴

溫度＜450℃ 簡單六方結(jié)構(gòu) 鐵磁性的ε-Co 居里點(diǎn)為1117℃ 易磁化方向?yàn)?lt;0001> 難磁化方向?yàn)?lt;2110>和1010>⑵溫度＞450℃至熔點(diǎn) 面心立方γ-Co[1120][1010][0001]Co：[1120][1010][0001]3d過渡族元素的磁性來源Fe、Ni、Co：3d電子的交換相互作用，鐵磁性（2.2μB,0.6μB,1.7μB)Cr、Mn：3d電子的直接交換相互作用，反鐵磁性Cr、Mn的合金或化合物：

3d電子的超交換相互作用，亞鐵磁性或鐵磁性3d過渡族元素的磁性來源㈡、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性

⑴結(jié)構(gòu)主要指原子序數(shù)為57（La）至71（Lu）的15個(gè)元素，加上性質(zhì)類似的Y和Sc；晶體結(jié)構(gòu)大都為密排六方結(jié)構(gòu)。⑵磁性Gd從0K到居里溫度239K只表現(xiàn)出純粹的鐵磁性，但磁矩的取向隨溫度而變。Gd以前的輕稀土Ce、Nd、Sm具有反鐵磁性。重稀土金屬Tb、Dy、Ho、Er、Tm表現(xiàn)為鐵磁性或亞鐵磁性。Y、Sc、La、Yb、Lu為非磁性稀土元素，但Y、Sc、Yb的離子具有磁矩。㈡、稀土族元素的結(jié)構(gòu)和磁性二、合金的組成和磁性㈠、相圖的作用1、什么是相圖？金屬或合金所處的狀態(tài)主要依賴于其成分和外界條件（溫度、壓力）的變化。相圖就是用圖解的形式來表示金屬或合金的組織隨成分、溫度、壓力等變化的關(guān)系。注意：相圖又稱為相平衡圖，反映的是合金在平衡條件下轉(zhuǎn)變的規(guī)律。2、相圖的構(gòu)成單元系：成分不變，由壓力-溫度直角坐標(biāo)平面圖表示二元系：溫度、壓力、成分的立體圖。由于一般情況下，壓力常為恒定，相圖簡化為溫度、成分的直角坐標(biāo)平面圖。三元系：（壓力恒定）是一個(gè)立體圖，底面呈正三角形（成分三角形），三條底邊上-的含量百分?jǐn)?shù)。垂直于底面的縱軸表示溫度。（加圖示）三角形內(nèi)任何一點(diǎn)代表一定成分的三元合金。二、合金的組成和磁性2、相律和杠桿定理⑴、相律是指在平衡條件下，合金系統(tǒng)的組元數(shù)、相數(shù)和自由度數(shù)之間的關(guān)系式。可以用下式表示：

f=c-p+nf=c-p+1（常壓）

f：自由度數(shù)c：組元數(shù)p：平衡時(shí)相數(shù)n：外界條件可變的數(shù)目應(yīng)用：分析系統(tǒng)中最多能有多少相可以平衡共存分析結(jié)晶是在恒溫還是在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行例如：二元系合金，C=2，令f=0，則p=3（三個(gè)平衡相）二元系合金，如結(jié)晶時(shí)，p=2，則f=2-2+1=1（變溫）如結(jié)晶時(shí)，p=3，則f=2-3+1=0（恒溫）2、相律和杠桿定理（2）、杠桿定理合金在結(jié)晶過程中，各相的成分及其相對含量將發(fā)生變化。對于相圖中的兩相區(qū)，可以應(yīng)用所謂杠桿定律求出這兩相的成分及相對含量。在A-B二元系中，任選一合金p，它的成分是Xp（組元B的濃度），組元A的濃度為（1-Xp），在溫度T時(shí)處于二相平衡，和兩相中組元B的濃度分別為Xa和Xb，而組元A的濃度為（）和（），設(shè)合金的重量為1，和的相對量分別為C的C。這樣P點(diǎn)處兩相中同一組元含量之和必等于合金P中相應(yīng)組元的含，可得兩個(gè)方程式：CαXa+CβXb=XpCα(1-Xa)+Cβ(1-Xb)=1-XpTT1ABβαα＋βabpXaXpXb（2）、杠桿定理TT1ABβαα＋βabpXaXpXb3二元合金常見相圖的類型和特征LL+ααL+γLγα+γαLαβαγββLαγβαL→αγ→αL→α+βγ→α+βL+β→αγ+β→α3二元合金常見相圖的類型和特征LL+ααL+γLγα+γα（二）、合金的組成1、基本概念合金：由一種金屬元素與其它金屬元素或非金屬元素組成的具有金屬特性的物質(zhì)。組元：組成合金最基本的、獨(dú)立的單元?？梢允墙饘僭兀部梢允腔衔?。相：合金中具有相同的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)并有界面隔開的獨(dú)立均勻部分。組織：材料內(nèi)部的微觀形貌圖象。2、合金的基本相固溶體金屬間化合物據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為｛（二）、合金的組成1、基本概念據(jù)結(jié)構(gòu)的基本特點(diǎn)可分為｛⑴固溶體定義：固溶體是溶質(zhì)組元溶于溶劑點(diǎn)陣中而組成的單一均勻固體。溶質(zhì)只能以原子狀態(tài)溶解，在結(jié)構(gòu)上必須保持溶劑組元的點(diǎn)陣類型。分類據(jù)溶劑類型一次固溶體二次固溶體按固溶度有限固溶體無限固溶體按溶質(zhì)原子的占位置換固溶體間隙固溶體按溶劑、溶質(zhì)原子間相對分布無序固溶體有序固溶體⑴固溶體據(jù)溶劑類型一次固溶體二次固溶體按固溶度有限固溶體無限⑵金屬間化合物合金中各組元的化學(xué)性質(zhì)和原子半徑彼此相差很大，或者固溶體中溶質(zhì)的濃度超過了溶解度極限，就不可能形成固溶體，這時(shí)，金屬與金屬、或金屬與非金屬之間常按一定比例和一定順序，共同組成一個(gè)新的、不同于其任一組元的典型結(jié)構(gòu)的化合物。這些化合物統(tǒng)稱為金屬間化合物。稀土元素和過渡元素可以形成許多金屬間化合物，其中許多是強(qiáng)磁性化合物，著名的高性能永磁合金SmCo5和Sm2Co17就是典型的例子。金屬間化合物可以大約寫出其分子式，但不一定滿足正?；蟽r(jià)平衡的規(guī)律。⑵金屬間化合物（三）、合金的磁性3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性（三）、合金的磁性3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性1、3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性多為無序固溶體，且多顯示鐵磁性；合金的自發(fā)磁化與平均外層電子數(shù)（3d+4s）成函數(shù)關(guān)系（斯萊特-泡林曲線）（圖示）2.稀土族合金的結(jié)構(gòu)和磁性多為固溶體和金屬間化合物。目前開發(fā)的稀土永磁材料都是以金屬間化合物為基的材料。晶體結(jié)構(gòu)多為復(fù)雜的四方結(jié)構(gòu)和六方結(jié)構(gòu)。輕稀土化合物中3d-4f電子磁矩是屬鐵磁耦合，而重稀土化合物中3d-4f電子磁矩是亞鐵磁性耦合。1、3d過渡族合金的結(jié)構(gòu)和磁性3固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性

磁性合金，大部分為無序固溶體、有限固溶體和間隙固溶體；少數(shù)有序固溶體；相當(dāng)多的金屬間化合物。形成置換固溶體時(shí)，磁性組元間存在同種原子對和異種原子對兩種不同的交換作用，和非磁性組元間不存在交換作用，致使固溶體中交換相互作用的綜合結(jié)果改變，材料基本磁特性就改變。另一方面，由于溶質(zhì)、溶劑原子尺寸的差別，引起晶格畸變，存在應(yīng)力，使材料的二次磁特性改變，特別對軟磁不利。形成間隙固溶體時(shí)，產(chǎn)生的應(yīng)力比置換固溶體的大，對二次磁特性影響很大。有序化對磁性的影響很大，一方面是有序和無序固溶體原子環(huán)境不同，其交換相互作用不同，使基本磁特性變化；另一方面，在有序核形成初期，晶格畸變，而有序化后，有、無序共存都會產(chǎn)生應(yīng)力，使二次磁特性也改變。本征磁特性；二次磁特性back3固溶體的結(jié)構(gòu)和磁性back§2.2相變、脫溶和失穩(wěn)分解一、固態(tài)相變1、定義 當(dāng)外界條件（溫度、壓強(qiáng)）作連續(xù)變化時(shí)，固體物質(zhì)在確定的條件下，其化學(xué)成分或濃度、結(jié)構(gòu)類型、晶體組織、有序度、體積、形狀、物理特性等一項(xiàng)或多項(xiàng)發(fā)生突變。2、相變的驅(qū)動(dòng)力和阻力相變的方向ΔG＜0

ΔG=－VΔgv＋σV＋εV驅(qū)動(dòng)力：VΔgv總的化學(xué)自由能阻力：總界面能σV和總應(yīng)變能εV3、金屬磁性材料的固態(tài)相變 主要通過熱處理工藝來控制。對于軟磁，常通過高溫退火，讓材料在室溫附近保持均勻的單相，使界面能和應(yīng)變能盡量降低，以獲得高（μ）和低（Hc），對于永磁常通過淬火和低溫時(shí)效處理，讓材料具有多相結(jié)構(gòu)，來提高（Br）和（Hc）?！?.2相變、脫溶和失穩(wěn)分解一、固態(tài)相變二、過飽和固溶體的脫溶1、定義：過飽和固溶體析出第二相，而其母相仍然保留，但濃度由過飽和達(dá)到飽和的相變。 條件：固溶度隨溫度、成份、壓強(qiáng)變化。2、分類 連續(xù)脫溶 不連續(xù)脫溶3、脫溶過程 αGP區(qū)θ“θ‘θ α：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) θ‘、θ“：過渡相 θ：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高； 過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低 GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對磁性合金的影響⑴、金屬軟磁合金 使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)。可以有效地改善合金的軟磁特性。⑵金屬永磁合金脫溶對金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼。 二、過飽和固溶體的脫溶3、脫溶過程 αGP區(qū)θ“θ‘θ α：母相 GP區(qū)：溶質(zhì)原子偏聚區(qū) θ‘、θ“：過渡相 θ：新相 平衡相：應(yīng)變能最小，界面能最高； 過渡相；應(yīng)變能居中而偏高，界面能居中而偏低 GP區(qū)：界面能和應(yīng)變能較小4、脫熔對磁性合金的影響⑴、金屬軟磁合金 使雜質(zhì)從合金中脫熔；控制雜質(zhì)的分布狀態(tài)。可以有效地改善合金的軟磁特性。⑵金屬永磁合金脫溶對金屬永磁特性的提高有重要作用，特別是析出硬化磁鋼3、脫溶過程三、失穩(wěn)分解 過飽和固溶體的脫溶大部分為不連續(xù)的局部脫溶，形成非均勻的混合固溶體。但是當(dāng)合金的成分、系統(tǒng)溫度、壓強(qiáng)、時(shí)效時(shí)間等條件綜合變化到適當(dāng)?shù)臓顟B(tài)范圍，也可以發(fā)生全域性均勻的普遍脫熔，也就是發(fā)生勻相轉(zhuǎn)變。其中失穩(wěn)分解就是這種勻相轉(zhuǎn)變中的很重要的一類。1、概念 當(dāng)均勻固溶體中自由能與成份的關(guān)系滿足時(shí)，此固溶體就會失去穩(wěn)定，而出現(xiàn)幅度越來越大的成分漲落，并最終分解為兩相。2、特點(diǎn)勻相轉(zhuǎn)變，全域性的均勻、連續(xù)分解，系統(tǒng)中各處幾乎是同時(shí)發(fā)生，并非形核成長過程。濃度波幅度越來越大的漲落是依靠逆擴(kuò)散來進(jìn)行的。產(chǎn)生的兩相和母相的晶格類型是相同的，僅晶格常數(shù)稍有偏差。3、對金屬永磁材料的影響 分解時(shí)，控制磁性相成單疇，或造成對疇壁的釘扎。可使材料獲得極高的矯頑力，具有優(yōu)異的永磁特性。三、失穩(wěn)分解§2.3金屬磁性材料的織構(gòu)化一、織構(gòu)化的概念

在材料結(jié)構(gòu)一定的情況下，其晶?；虼女犜谝粋€(gè)方向上成規(guī)則排列的狀態(tài)，稱為織構(gòu)。使多晶材料產(chǎn)生織構(gòu)就是織構(gòu)化。 織構(gòu)的種類：結(jié)晶織構(gòu)磁性織構(gòu)雙重織構(gòu)§2.3金屬磁性材料的織構(gòu)化一、織構(gòu)化的概念二、磁性織構(gòu)的形成㈠、磁場熱處理 將磁性材料加熱到居里溫度附近，這時(shí)加上直流磁場，讓磁性材料在磁場中保溫一定時(shí)間并慢冷（或控速冷卻）到室溫。所加磁場的方向?yàn)樵摬牧系暮暧^易磁化方向。磁伸縮理論能解釋部分材料的磁場熱處理效果純金屬λs≠0，無磁場熱處理效果合金λs→0，卻仍然磁場熱處理效果好奈耳—谷口原子對方向性有序化理論㈡、磁場成型 將具有形狀各向異性的非單疇永磁粉末，在磁場中壓制或成型（擠壓、注塑）制成粘結(jié)體，或再經(jīng)適當(dāng)溫度燒結(jié)成永磁體，這些永磁體就具有磁性織構(gòu)。二、磁性織構(gòu)的形成二、結(jié)晶織構(gòu)的形成㈠、反復(fù)冷軋熱處理應(yīng)力感生方向有序排列和晶格滑移感生方向有序排列㈡、定向結(jié)晶 使磁性合金從熔融狀態(tài)開始，嚴(yán)格控制溫度梯度進(jìn)行冷卻，讓結(jié)晶沿一定方向進(jìn)行，從而得到定向結(jié)晶。冷金屬板法發(fā)熱鑄型法蜂巢鑄型法二、結(jié)晶織構(gòu)的形成概述理論基礎(chǔ)工業(yè)純鐵鐵—硅合金鐵鎳合金鐵粉芯納米晶軟磁合金第三章金屬軟磁材料概述第三章金屬軟磁材料§3.1概述一、性能的基本要求貯能高高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度靈敏度高初始磁導(dǎo)率，最大磁導(dǎo)率，脈沖磁導(dǎo)率效率高Hc低，電阻率高，損耗小回線矩形比高穩(wěn)定性好磁滯回線較窄矯頑力小磁導(dǎo)率高§3.1概述一、性能的基本要求二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)

影響磁導(dǎo)率的因素；提高磁導(dǎo)率的措施；損耗（一）、影響磁導(dǎo)率的因素機(jī)理：可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng)可逆疇壁位移動(dòng)力：飽和磁化強(qiáng)度阻力：內(nèi)應(yīng)力、參雜、空泡、晶界 1、可逆磁疇轉(zhuǎn)動(dòng) 2、可逆疇壁位移

其中疇壁厚度雜質(zhì)直徑雜質(zhì)體積濃度二、金屬軟磁材料的理論基礎(chǔ)疇壁厚度雜質(zhì)直徑雜質(zhì)體積濃度（二）、提高磁導(dǎo)率的措施

1、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms 2、有效方法，使K1→0，λs→0 3、高溫退火 4、真空熱處理 5、氫氣熱處理 6、使材料雜質(zhì)相對集中 7、真空熔煉、精煉 8、進(jìn)行織構(gòu)化（二）、提高磁導(dǎo)率的措施1、提高飽和磁化強(qiáng)度MsMs主要由材料的成分決定，而所有軟磁材料都含有鐵，要想在很大程度上提高飽和磁化強(qiáng)度是不可能的。提高M(jìn)s不能作為改善磁性能的主要途徑。

例如： 含鎳量為79%左右的鎳鐵合金經(jīng)特殊的熱處理后，初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率可以比鐵-硅合金高幾倍至幾百倍，但其Ms卻只有后者的一半左右。1、提高飽和磁化強(qiáng)度Ms2、有效方法，使K1→0，λs→0控制成分，使K1→0，λs→0，甚至同時(shí)為零。使磁導(dǎo)率大大提高。控制有序相和無序相的比例?？刂婆浞娇刂评渌?、高溫退火

將磁性材料加熱到一定溫度，保溫一定時(shí)間，隨后緩慢冷卻到室溫，得到接近平衡組織的熱處理過程。作用：消除應(yīng)力，改善金屬和合金的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)。退火過程中，材料結(jié)構(gòu)變化分為兩個(gè)階段：恢復(fù)和再結(jié)晶恢復(fù)——原子在晶粒范圍內(nèi)活動(dòng)，晶格恢復(fù)完整，晶粒大小不變。再結(jié)晶——在高溫下，晶粒長大，材料應(yīng)力進(jìn)一步下降。2、有效方法，使K1→0，λs→04、真空熱處理 在真空氣氛（乇以下）保護(hù)下進(jìn)行高溫退火，可消除材料的應(yīng)力，并去除部分雜質(zhì)，比普通退火好。作用：防止材料在熱處理中氧化防止在材料熱處理中滲入雜質(zhì)在熱處理中幫助去除雜質(zhì)，特別是氣態(tài)雜質(zhì)消除應(yīng)力缺點(diǎn)：在真空氣氛下，合金某些成分易揮發(fā)，使成分偏離工藝復(fù)雜，成本高4、真空熱處理5、氫氣熱處理

在H2氣氛保護(hù)下進(jìn)行高溫退火作用：防止材料在熱處理中氧化防止在材料在熱處理中滲入雜質(zhì)在熱處理中去除雜質(zhì)消除應(yīng)力缺點(diǎn)：要求氫氣純高，成本高溫度和氫氣流量較難控制6、使材料雜質(zhì)相對集中7、真空熔煉、精煉8、進(jìn)行織構(gòu)化5、氫氣熱處理三、常見金屬軟磁材料工業(yè)純鐵鐵硅合金鐵鎳合金鐵鋁合金鋁硅鐵合金非晶及納米晶軟磁合金磁介質(zhì)三、常見金屬軟磁材料§3.2工業(yè)純鐵一、特點(diǎn) 純度在99.8%以上的鐵，不含任何故意添加的合金元素。室溫性能：Bs=2.15(T),居里點(diǎn)θf=770℃,μm=20000,ρ=0.1×10-6(Ω.m)。雜質(zhì)對其性能有較大影響，見表（5.1.1252頁）。碳含量低矯頑力低磁導(dǎo)率高導(dǎo)熱性和加工性好有一定的耐腐蝕性和價(jià)格便宜電阻率低，不能在交流磁場中應(yīng)用二、應(yīng)用作金屬磁性材料的重要原料在直流磁場中，作為恒定磁場中的磁導(dǎo)體。如作磁極和磁屏蔽?！?.2工業(yè)純鐵一、特點(diǎn)三、分類1、電解鐵 含有0.05~0.02%C、Mn≤0.01%、P≤0.005%、S≤0.004%、Al≤0.01%、Cu≤0.015%。電磁性能：μi=500、μm=1500、Br=1.05(T)、Hc=0.35(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8Ω.m)2、阿姆柯鐵 含C≤0.025%、Mn≤0.035%、P≤0.015%、S≤0.05%、Cu≤0.08%。磁性能：μi=2000~5000、μm=6000~15000、Hc=0.5~1.5(×79.6A/m)3、羰基鐵 由Fe（Co）5分解而成，純度高。磁性能：μi=2000~3000、μm=20000~21500、Br=0.5~1.0(T)、Hc=0.08(×79.6A/m)、ρ=9.6(×10-8Ω.m)三、分類§3.3鐵硅合金 鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變壓器、電動(dòng)機(jī)、和發(fā)電機(jī)等電力設(shè)備和通信設(shè)備中，它是最重要的鐵芯材料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位。1900—1930年，煉鋼和熱軋加工技術(shù)1934~60年晶粒取向、熱處理、玻璃涂層1983~至今年輻射§3.3鐵硅合金 鐵硅合金，通常又稱為硅鋼片、電工鋼。在變一、鐵硅合金相圖一、鐵硅合金相圖由相圖可以看出隨著合金含硅量的增加，α→γ的轉(zhuǎn)變溫度上升，γ→δ的轉(zhuǎn)變溫度下降，兩者在大約2.5%Si處相交，形成一封閉的“γ回線”。3.2%Si-Fe合金來說，當(dāng)溫度從室溫上升到熔點(diǎn)的過程中，不會發(fā)生任何結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，并始終保持單一的體心立方結(jié)構(gòu)，這對在較高溫度下進(jìn)行再結(jié)晶退火十分有利，同時(shí)，當(dāng)溫度從高溫緩慢冷卻到室溫時(shí)，又不會象純鐵那樣受到δ→γ和γ→α轉(zhuǎn)變的干擾，因此這種合金很容易制成單晶。γ回線的大小對合金的含C量十分敏感。對鐵硅合金，應(yīng)使含C下降到0.01%以下。由相圖可以看出再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的顯微組織發(fā)生顯著的變化，破碎的、被拉長的晶粒全部轉(zhuǎn)變成均勻而細(xì)小的等軸晶粒。再結(jié)晶時(shí)金屬不發(fā)生晶格類型的變化，而是形成無晶格畸和加工硬化的新晶粒，晶粒的形狀和大小也發(fā)生了相應(yīng)的變化。BACK再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，變形金屬的顯微組織發(fā)生顯著的變化，二、硅對合金性能的影響二、硅對合金性能的影響硅的加入可以降低鐵硅合金的磁晶各向異性常數(shù)，同時(shí)隨著硅含量的增大，飽和磁致伸縮系數(shù)和可以逐漸趨于零。這對提高磁導(dǎo)率和降低矯頑力是有利