合金永磁材料

合金永磁材料

PermanentMagneticMaterials材料科學(xué)與工程學(xué)院李軍1主要內(nèi)容合金永磁材料概述AlNiCo永磁合金永磁鐵氧體稀土永磁材料2現(xiàn)代科技正向集成化、超小型化、輕量化、智能化方向發(fā)展，具有超高能密度的永磁材料有力地促進科技的發(fā)展。永磁體是一種能量密度很高的貯能器，利用它可高效實現(xiàn)能量的相互轉(zhuǎn)換，而其本身并不消耗太多能量。永磁體能量密度越高，在其氣隙或周圍空間產(chǎn)生一定磁場所需磁體的體積就越小。VK-K100手機，機身僅有8.8mm厚，全機僅重53g三星Sense-X1型筆記本電腦，機身僅厚19.2mm，僅重1.7kg320世紀(jì)以來，永磁材料的磁能積不斷得到提高，其材料的基本成分和性能如表所示。20世紀(jì)永磁材料磁能積的進步4廣泛應(yīng)用的永磁材料有AlNiCo永磁、鐵氧體永磁、稀土永磁和其他永磁材料等四大類。AlNiCo永磁的居里溫度高，溫度穩(wěn)定性好。但它含有較多的戰(zhàn)略金屬Co和Ni。鐵氧體永磁的原材料豐富，價格低，雖然磁性能不高，仍在汽車、音響、家用電器、辦公設(shè)備中廣泛應(yīng)用，近幾年產(chǎn)量仍保持約10％的年增長率。AlNiCo永磁鐵氧體永磁5Sm-Co系永磁的居里點高，溫度穩(wěn)定性好，磁性能也較好，但含有較多金屬Co，原料成本價格偏高，應(yīng)用受限。稀土鐵系永磁材料，如NdFeB系永磁材料，磁性能高，不含戰(zhàn)略金屬Co和Ni，相對價格較低，年增長率達20％-30％，是目前最重要的一種永磁材料。SmCo永磁燒結(jié)NdFeB永磁6產(chǎn)生相同磁場，需要NdFeB磁體的體積是馬氏體磁鋼的1/60，AlNiCo永磁體的l/5，SmCo磁體的2/3-1/2。應(yīng)用粘結(jié)NdFeB磁體的電機重量和體積僅為粘結(jié)鐵氧體電機的40％和36％；硬盤驅(qū)動器HDD電機中采用粘結(jié)NdFeB磁體，其重量比采用粘結(jié)鐵氧體的硬盤可減少一個數(shù)量級甚至更多。產(chǎn)生相同磁場的不同磁體體積比較-C鋼,2-W鋼,3-Co鋼,4-AlNiCo,5-TiConal,6-TiConalG,7-TiConalGG,8-TiConalXX,9-SmCo5,10-(Sm,Pr)Co5,11-Sm2Co17,12-NdFeB7AlNiCo永磁合金8工業(yè)永磁體最早從本多發(fā)明的MK鋼(高鈷碳素鋼)開始，1931年三島發(fā)明的MK鋼(FeNiA1合金)矯頑力比KS鋼高一倍，不需要淬火處理，成為鋁鎳鈷磁鋼的原型。30年代末，AlNiCo磁鋼開始出現(xiàn)。到20世紀(jì)70年代，AlNiCo在世界范圍內(nèi)普及，但目前其統(tǒng)治地位已被鐵氧體和稀土永磁取代，但其優(yōu)異的溫度特性而應(yīng)用于精密測量、儀器儀表等領(lǐng)域。AlNiCo永磁精密壓力表9鋁鎳鈷合金基本上都用熔化鑄造工藝制取。在熔鑄中采用定向凝固技術(shù)，形成晶軸沿[100]方向的柱狀晶，該方向正好與立方點陣金屬的易磁化軸一致。鑄造后的AlNiCo磁鋼，鍛造后在1000-1300℃溫度經(jīng)數(shù)分鐘固溶處理，可使合金元素均勻化，形成單相固溶體(α)相。AlNiCo磁鋼具有較高的矯頑力，這是熱處理中析出的鐵磁性粒子的形狀各向異性引起，而析出的鐵磁性粒子是由spinodal分解(調(diào)幅分解)產(chǎn)生。10調(diào)幅分解是利用高溫下α固溶體在一定溫度下分解成晶體結(jié)構(gòu)相同、成分各異、濃度連續(xù)變化的α1和α2固溶體組成的細(xì)密組織。固溶后的合金900℃進行磁場熱處理，單相α固溶體會分解析出α1(體心立方鐵磁性相)和α2(體心立方非磁性相)，外加磁場使鐵磁性α1相沿磁場方向在非磁或弱磁的α2相中整齊排列，在隨后的分級時效中進行上坡擴散，得到優(yōu)良的永磁性能。11永磁鐵氧體12反鐵磁體中，兩個亞點陣A和B的磁矩方向相反且數(shù)值相等，自發(fā)磁化強度為零；如果MA不等于MB，存在自發(fā)磁化強度，形成類同于鐵磁性的物質(zhì)，稱為“亞鐵磁體”。亞鐵磁體一般是Fe2O3與金屬氧化物組成的復(fù)合氧化物，稱為“鐵氧體”。硬磁鐵氧體一般可表示為MO·xFe2O3，其中M為Ba、Sr等。反鐵磁晶胞鐵氧體永磁13永磁鐵氧體中不含有Ni、Co等高價格金屬元素，價格十分低廉，化學(xué)穩(wěn)定性好，盡管產(chǎn)值已被稀土水磁超過，但仍然占有很大的市場份額。在永磁鐵氧體中，已實用化的有BaO-6Fe2O3，SrO-Fe2O3等。鐵氧體具有三種不同的晶體結(jié)構(gòu)：尖晶石型、石榴石型和磁鉛石型，永磁鐵氧體一般為磁鉛石型。鐵氧體永磁14磁鉛石鐵氧體在層堆垛方面具有交替出現(xiàn)六角和立方密堆積結(jié)構(gòu)，具有較強的磁晶各向異性。Fe離子分布于2a、2b、12k、4f1和4f2五種位置，其磁矩來源為(2a)、(2b)、(12k)三個次點陣的Fe離子磁矩與(4f1)、(4f2)二個次點陣的鐵離子磁矩。這兩種次點陣的磁矩反向平行，互相抵消一部分。磁鉛石型Ba永磁鐵氧體15永磁鐵氧體屬于亞鐵磁性，內(nèi)部存在較強的自發(fā)磁化；但鐵氧體中的磁性離子被較大的氧離子隔離，磁性離子間不存在直接的交換作用。鐵氧體的自發(fā)磁化不是由于磁性離子之間的直接交換作用，而是通過夾在磁性離子之間的氧離子形成間接交換作用，稱為超交換作用。這種超交換作用使每個亞點陣內(nèi)的離子磁矩平行排列，兩個亞點陣磁矩方向相反而大小不等，抵消一部分，剩余部分則為自發(fā)磁化強度。16鐵氧體的氧化物粉末比較容易粉碎，易得到單疇顆粒粉末，其永磁性能應(yīng)較高。鐵氧體的制備工藝是球磨、預(yù)燒、再球磨、成型、燒結(jié)等，復(fù)雜的工藝難以保證材料性能一致，而且球磨在鐵氧體顆粒表面產(chǎn)生大量缺陷和應(yīng)力，容易形成反磁化疇，降低磁體的矯頑力和永磁性能。原料的選擇和管理、磁場的施加、粉碎顆粒的大小及燒結(jié)中溫度場的分布等因素對鐵氧體的磁性能有很大的影響，必須嚴(yán)加控制。17稀土系永磁材料18稀土永磁合金是稀土元素R(Sm，Nd，Pr等)與過渡金屬TM(Co，F(xiàn)e等)形成的一類金屬間化合物。按過渡族金屬不同可分為RCo系和RFe系永磁合金。RCo系包括SmCo5型磁體和Sm2(CoFeCuZr)17型磁體；RFe系磁體主要包括NdFeB、SmFeN系磁體。SmCo5型磁體的(BH)m達到160kJ/m3，為第一代稀土永磁；Sm2Co17型磁體的(BH)m達到200-240kJ/m3，為第二代稀土永磁；NdFeB磁體的(BH)m達到240-460kJ/m3，為第三代稀土永磁；間隙稀土鐵化合物SmFeN有望成為第四代稀土永磁。19稀土鈷永磁第一代稀土永磁體RT5中，T取室溫下晶體結(jié)構(gòu)為hcp的Co最具代表性。SmCo5永磁體具有較高的溫度穩(wěn)定性，RCo5的溫度穩(wěn)定性如圖所示。在RCo5金屬間化合物中，SmCo5和GdCo5的居里溫度達到1000K，R-T系金屬間化合物的居里點20金屬間化合物YCo5CeCo5PrCo5SmCo5飽和磁化強度Ms/T1.060.871.120.95磁晶各向異性常數(shù)K1/(MJ/m2)5.57.38.09.5各向異性場μ0HA/T12.921.016.025.0居里溫度Tc/K9737379121020最大磁能積(BH)m/(kJ/m3)224150249179RCo5金屬間化合物的磁性21Y不含有4f電子，顯示出的是六方點陣Co的磁性；對于CeCo5來說，Ce的4f電子是不穩(wěn)定的，其磁性不如YCo5;PrCo5的Js較高；SmCo5顯示出優(yōu)良的單軸各向異性；由于輕稀土的儲量比重稀土多，從工業(yè)應(yīng)用角度看SmCo5是有利的。作為永磁體，SmCo5也具有優(yōu)良的磁學(xué)特性，目前已制造出(BH)m達228kJ/m3的SmCo5永磁體。22與SmCo5中Sm的質(zhì)量比為33.8％相對，Sm2Co17金屬間化合物Sm的質(zhì)量比為23.1％，Sm可節(jié)約30％。Co含量增加，Sm2Co17的居里溫度達到1200℃，溫度特性更加優(yōu)異；而且，Sm2Co17的Js可達1.4T，為節(jié)約Co，研究過用Fe置換Co，盡管Js增加，但各向異性場卻急劇下降；而且R2Fe17居里溫度太低。已經(jīng)制造出(BH)m達到297kJ/m3的Sm2Co17永磁體。23Sm2Co17磁體具有與SmCo5不同的微觀顯微組織，磁化特性是釘扎型。磁化中釘扎Sm2Co17磁體疇壁移動的是磁體中析出的均勻微細(xì)的組織。這些析出組織是在高溫為均勻的RT7不規(guī)則相，經(jīng)過900℃以下長時間低溫退火，分解成規(guī)則化的新相組織在R2T17相中產(chǎn)生Co及Fe的富集是鐵磁性的，而RT5相產(chǎn)生Ni及Cu的富集是弱磁性或非磁性的。24RT7相的二維模型(不規(guī)則)RT7相分解成R2T17相和RT5相的二維模型25Sm2Co17稀土永磁的燒結(jié)中，利用Cu置換部分Co，不但降低合金成本，而且在燒結(jié)中產(chǎn)生富Cu的液相，使燒結(jié)易于進行，容易得到致密磁體；通過添加Ti、Zr及Hf等合金元素，使液相成分向Cu與Co及Fe的化合物過共晶一側(cè)偏移，防止Fe及Co從亞共晶側(cè)以初晶的形式析出。26NdFeB永磁合金27由于Co和Sm資源短缺，Sm2Co17型稀土永磁的工業(yè)化生產(chǎn)到20世紀(jì)70年代末已有些無以為濟。1984年，佐川真仁制備了NdFeB系金屬間化合物，無論從資源角度還是性能角度，NdFeB合金都占有明顯優(yōu)勢，市場潛力十分看好，迅速成為第三代稀土永磁的代表。用于核磁共振的燒結(jié)NdFeB永磁用于永磁電機的燒結(jié)NdFeB永磁28NdFeB磁體晶體結(jié)構(gòu)Nd2Fe14B相具有正方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=0.882nm，c=1.224nm，具有單軸各向異性，易磁化軸為c軸。單胞有68個原子：8個Nd原子，56個Fe原子，4個B原子。Nd原子占據(jù)(4f，4g)兩個晶位，F(xiàn)e原子占據(jù)(16k1，16k2，8j1，8j2，4e，4c)6個晶位，B原子占據(jù)(4g)一個晶位。Nd2Fe14B單胞內(nèi)的原子排列29Nd2Fe14B的內(nèi)稟磁特性

Nd2Fe14B的內(nèi)稟磁性：居里溫度Tc=585K，室溫K1=4.2MJ/m2，各向異性場μ0HA＝6.7T，室溫Js＝1.61T。高性能的燒結(jié)NdFeB永磁30Nd2Fe14B相的居里溫度Tc由不同晶位上的Fe-Fe原子對和Fe-Nd原子對的交換作用決定，但R-T之間的交換作用僅為T-T之間交換作用的1/3。不同晶位上Fe-Fe原子對的間距大于0.25nm時，3d電子云有重疊，存在正的交換作用；當(dāng)原子距離小于0.25nm時，電子云重疊過多，如16k2-8j1和16k2-16k2之間，交換作用為負(fù)。正負(fù)相互作用部分抵消，使Nd2Fe14B硬磁相的居里溫度較低，僅有580K左右。Co、Ni、Si取代Fe原子，正交換作用加強；Cr、Al、Mn取代Fe原子，負(fù)交換作用加強；

31Nd2Fe14B相在室溫條件下具有單軸磁各向異性，c軸為易磁化軸。NdFeB的各向異性是由R亞點陣和Fe亞點陣所貢獻，兩者分別由4f和3d電子軌道磁矩和晶場的相互作用引起。特別是稀土原子所處的晶場是不對稱的，其4f電子云的形狀發(fā)生不對稱性變化，從而產(chǎn)生各向異性，各向異性場μ0HA=6.7T。Y、La、Ce取代Nd原子，Co取代Fe原子，各向異性場下降很快；Dy、Tb取代Nd原子，少量Al、Si、Mn取代Fe原子，各向異性場有所增加。32Nd2Fe14B晶粒的飽和磁化強度主要由Fe原子磁矩決定。Fe原子磁矩最大2.80μB，最小1.95μB，平均2.10μB。Nd原子磁矩達1.49μB，且其磁矩與Fe原子磁矩平行，屬鐵磁性耦合，對Nd2Fe14B的磁矩也有一定貢獻。Nd2Fe14B室溫飽和磁化強度可達1.61T。Nd2Fe14B中原子磁矩的耦合方式S—自旋電子磁矩；L—軌道電子磁矩；J—稀土金屬原子磁矩33NdFeB磁體的微結(jié)構(gòu)及磁性隨成分及制備工藝的不向有很大區(qū)別，磁體磁性能取值范圍是：本征矯頑力從μ0Hcj約為1.2-2.5T；剩余磁極化強度Jr從0.8T(各向同性粘結(jié)磁體)到1.2-1.5T(取向燒結(jié)磁體)；最大磁能積(BH)m的工業(yè)水平分別為80-160kJ/m2(粘結(jié)磁體)及240-400kJ/m3(燒結(jié)磁體)，實驗室水平已達到410-460kJ/m3。在25-100℃范圍內(nèi)剩磁溫度系數(shù)約為0.1％-0.2％，矯頑力的溫度系數(shù)約為-0.4％。34燒結(jié)NdFeB磁體的制備

燒結(jié)NdFeB磁體的制備工藝為：原材料準(zhǔn)備—冶煉—鑄錠冷卻—破碎與制粉—磁場取向與壓型—燒結(jié)—回火—機加工與表面處理—檢測。35原料準(zhǔn)備材料的磁極化強度Js和各向異性場HA取決于Nd2Fe14B相的化學(xué)成分，所以合金成分設(shè)計和原材料選擇是至關(guān)重要的。除金屬Nd外，其他稀土金屬元素，如Ce、La、Gd、Sm、Er等對NdFeB磁體的磁性能均有害，在合金中含量應(yīng)盡可能低；Fe以外的其他金屬或非金屬元素，如C、N、S、P和O等都是降低Js、Tc或HA的，因此純Fe中的其他元素含量也應(yīng)盡量低。36設(shè)計成分時，應(yīng)使磁體成分接近化學(xué)計量成分Nd2Fe14B，以增大主相的體積分?jǐn)?shù)。熔煉中Nd元素十分容易揮發(fā)和氧化損失(總稱為燒損)，并且燒結(jié)中如果液相(富Nd相)減少，不能形成足夠的晶界相，將導(dǎo)致燒結(jié)不允分，燒結(jié)體密度下降。為此，需要采用偏離化學(xué)計量的成分，Nd和B含量均比化學(xué)計量比高，如Nd15Fe77B8等。37熔煉熔煉是將純金屬Nd、B-Fe、Dy等熔化，熔煉應(yīng)確保合金液“清、準(zhǔn)、均、凈”?！扒濉笔菍⑺薪饘倭先矍澹乐刮慈哿铣霈F(xiàn)。一些合金元素如Ti、V和Nb等熔點較高，應(yīng)設(shè)法使它們完全熔清。“準(zhǔn)”是確保熔煉后成分準(zhǔn)確，成分不準(zhǔn)是因為金屬燒損，為此需真空保護氣氛熔煉和設(shè)計過量。真空感應(yīng)熔煉爐金屬的熔煉38“均”是指成分均勻。一般采用中頻感應(yīng)爐熔煉，待爐料熔清后，用大功率電磁攪拌，以保證成分均勻。“凈”是確保合金液干凈，防止夾雜物和氣體污染。金屬料要預(yù)處理以去除氧化物和其他雜質(zhì)。熔煉中也要采取相關(guān)措施，如Ca合金脫氧、泡沫陶瓷過濾等措施。NdFeB合金熔煉中的脫氧除雜工藝39鑄錠冷卻鑄錠組織是制約磁體性能的關(guān)鍵：柱狀晶尺寸細(xì)?。桓籒d相沿晶界均勻分布，沒有大塊富Nd相；鑄錠中不存在α-Fe晶體。合金液體過熱，冷卻速度較低，先析出Fe很容易在鑄錠中富集，出現(xiàn)黑色形如魚骨狀的α-Fe枝晶，另外富Nd相較粗大，且分布不均勻。NdFeB三元系合金鑄錠組織a-鑄錠冷卻速度較慢；b-鑄錠冷卻速度足夠快40為得到高性能合金，需將鑄錠在1050℃進行長時間等溫退火，使析出的α-Fe與富Nd相和Nd1.1Fe4B4相生成Nd2Fe14B相。鑄錠冷卻速度足夠快，α-Fe枝晶被抑制，直接從合金液中析出Nd2Fe14B相。用鑄片工藝來取代傳統(tǒng)鑄錠冷卻工藝，獲得的鑄片具有均勻的微觀組織，α-Fe枝晶偏析很少。三德公司鑄片機中的Cu輥鑄片工藝簡圖41制粉制粉是將大塊合金錠破碎至一定尺寸的粉末，包括粗破碎和磨粉兩個工藝過程。粗破碎方法有兩種，一種是機械破碎，另一種是吸氫HD破碎。機械破碎是將封閉式的顎式破碎機串連，在高純N2保護下，將大塊合金鑄錠破碎至1-3mm的粗顆粒。容易引入雜質(zhì)，破碎效果也較差。42HD破碎是利用Nd元素吸放氫的特性，沿富Nd相晶界形成眾多均勻的裂紋，粉末容易沿富Nd相裂開。HD破碎效果好，獲得的磁粉粒徑細(xì)小均勻，有效克服傳統(tǒng)制粉工藝的缺陷；粉末細(xì)小均勻，在磁場中取向后具有高取向度；HD破碎中引入的雜質(zhì)較少，HD法已成為NdFeB永磁生產(chǎn)采用的主要破碎方法。43將246-175μm的粉末研磨至3-4μm細(xì)粉，一般采用球磨制粉或氣流磨制粉兩種方法。球磨制粉有滾動球磨、振動磨、高能球磨等。振動球磨的粉末形狀不規(guī)則，不利于磁場取向；高能球磨的粉末顆粒尺寸分布離散，也用得較少。高能球磨行星球磨44目前多數(shù)NdFeB生產(chǎn)多采用氣流磨粉碎磁粉。氣流磨制粉是利用氣流將粉末顆粒加速到超音速使之相互對撞而破碎，制粉效率是傳統(tǒng)工藝的兩倍以上(產(chǎn)量為15kg/h提高到30-35kg/h)。工業(yè)生產(chǎn)用氣流磨45氣流磨磁粉粒度分布較窄，90%的粉末分布在2.8-3.2μm之間，制作的燒結(jié)磁體平均晶粒直徑約為6μm，粒度分布也比較窄，位于最佳粒徑范圍內(nèi)(3-10μm)。用平均粒徑為3μm的球磨磁粉制作燒結(jié)磁體，平均晶粒直徑為12μm，粒徑分布也寬(5-18μm)。用這兩種粒度分布的同一成分的磁粉制作磁體，前者矯頑力比后者高160kA/m。46取向粉末顆粒的c軸取向程度對磁體的Br和(BH)m均有重要影響。粉末磁場取向是制造高性能燒結(jié)NdFeB永磁體的關(guān)鍵技術(shù)之一。晶體取向程度受多方面因素的影響，如取向磁場強度、粉末顆粒形狀與尺寸、成型方式及粉末松裝密度等，取向磁場強度是最重要的。取向磁場設(shè)備47NdFeB粉末磁場取向的過程a-H=0；b-疇壁位移；c-粉末顆粒轉(zhuǎn)動；d-三個粉末顆粒的c軸沿取向軸取向48假定每個顆粒有兩個磁疇，箭頭表示磁矩方向。在取向磁場為零時，由于顆粒間靜磁場的相互作用，粉末顆粒會出現(xiàn)團聚現(xiàn)象，形成二次粉末顆粒，NdFeB磁粉的流動性變差。沿箭頭方向施加一個向上的取向磁場，為降低系統(tǒng)靜磁能，各個顆粒的a疇將擴大，b疇將縮小，隨著取向磁場的提高，a磁疇將吞并b磁疇。各粉末顆粒變成單疇體，這是磁場取向的第一階段。49在磁場作用下，各顆粒傾向于轉(zhuǎn)動到θ＝0的方向上，粉末顆粒的c軸將沿取向磁場方向排列，第二階段是粉末顆粒轉(zhuǎn)動過程。粉末顆粒在轉(zhuǎn)動中將遇到阻力，阻力主要來自粉末間的靜磁相互作用力：團聚力、粉末顆粒間的摩擦力以及粉末形狀不規(guī)則造成的機械阻力。阻力的存在使粉末無法達到100%的取向度。50為減少粉末之間的摩擦和機械阻力，粉末可采用球型之類的規(guī)則形狀；為減少成型摩擦，采用適量潤滑劑也可使成型的摩擦大幅減少；但如果磁粉間的成型摩擦太小將使磁粉的成型性不好，應(yīng)將成型摩擦控制在能使粉末成型的程度。定向度隨定向場強度提高而提高：為打破磁粉之間的凝聚力，取向場應(yīng)大于1.5T，但沒必要將定向場提得很高。51壓制粉末壓型目的：按需求將粉末壓制成一定形狀和尺寸的壓坯，增加粉末之間的接觸面積，有利于燒結(jié)；保持在磁場取向中獲得的晶體取向度。壓型方法目前普遍采用三種，即模壓法、冷等靜壓和橡皮模壓。四柱油壓機冷等靜壓機52成型壓力太大使磁體產(chǎn)生明顯的應(yīng)力各向異性，因此壓力是磁粉取向的阻力，超過一定成型壓力后，壓力越大，定向度越低。成型應(yīng)在能得到成型體的最低壓力下進行。粉末冶金壓制成型53燒結(jié)為提高磁體永磁性能，改進粉末顆粒之間的接觸性質(zhì)，提高磁體強度，需將壓坯加熱到粉末基體相熔點以下的溫度(約0.70-0.85T熔)進行保溫?zé)崽幚?，這一過程稱為燒結(jié)。真空燒結(jié)爐54燒結(jié)使壓坯發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。粉末顆粒表面吸附氣體的排除，有機物的揮發(fā)，應(yīng)力的消除，變形粉末顆粒的回復(fù)和再結(jié)晶；原子的擴散，物質(zhì)的遷移，顆粒間由機械接觸轉(zhuǎn)化為物理化學(xué)接觸，形成金屬鍵或共價鍵結(jié)合；接觸面擴大，出現(xiàn)燒結(jié)頸和燒結(jié)頸長大，密度提高，晶粒長大等。燒結(jié)頸形成示意圖55由于燒結(jié)中有液相流動，再加上液相擴散，燒結(jié)組織十分致密，空隙很少。從TEM圖譜中可知，液相流動可使白色的富Nd相薄層均勻分布在主相周圍，硬磁晶粒之間彼此被孤立，有利于提高磁體矯頑力。燒結(jié)NdFeB磁體的TEM圖譜致密燒結(jié)NdFeB磁體的微觀組織56回火NdFeB永磁合金燒結(jié)快冷后磁性能較低?；鼗鹛幚砜娠@著提高NdFeB合金的磁性能，尤其是矯頑力?；鼗饻囟葘辖鹦阅艿挠绊懪c富Nd相的數(shù)量、形貌和分布有關(guān)。通過回火可進一步提高富Nd相分布的均勻性，有利于獲得高矯頑力的顯微組織，同時提高合金磁性對溫度的穩(wěn)定性。但回火時間不能太長，防止形成過量的富Nd相及其聚集，降低合金的矯頑力。57NdFeB磁體微觀結(jié)構(gòu)燒結(jié)NdFeB磁體的磁性主要由硬磁相Nd2Fe14B相決定。此外，磁體中還有富Nd相和富B相(室溫下呈非磁性)，α-Fe、Fe3B、Nd2Fe17等軟磁性相。在理想情況下，主相晶粒應(yīng)被非磁性的晶界相完全分離開，這就要求在燒結(jié)中有足夠的畜Nd相。弱磁性相及非磁性相的存在具有隔離主相的作用，提高磁體的矯頑力，但降低飽和磁極化強度和剩磁。58燒結(jié)NdFeB磁體應(yīng)當(dāng)由具有單疇尺寸(0.3μ

m)且大小均勻的橢球狀晶粒構(gòu)成，硬磁性晶粒結(jié)構(gòu)完整，沒有缺陷，磁矩完全平行取向，晶粒之間被非磁性相隔離，彼此無相互作用。實際制備的磁體Nd2Fe14B相晶粒表面是主相與非磁性相的過渡層，晶格結(jié)構(gòu)及原子組成不同于晶粒內(nèi)部，為晶粒邊界結(jié)構(gòu)缺陷。晶粒邊界結(jié)構(gòu)缺陷既容易成為反磁化的成核區(qū)域，但同時又是阻礙疇壁運動的釘扎部位，對磁體的矯頑力有決定性影響。59燒結(jié)NdFeB磁體磁性能影響因素

稀土-過渡族金屬化合物中，R亞晶格與TM亞晶格之間的交換相互作用影響各向異性和磁化行為等內(nèi)稟磁性，晶粒之間的相互作用影響磁體的矯頑力、剩磁和磁能積等宏觀磁性。凡是影響Nd2Fe14B晶粒中R、TM兩種亞晶格之間以及晶粒之間相互作用的因素都會對NdFeB磁體性能產(chǎn)生影響。60合金元素添加元素既可影響主相內(nèi)稟特性，又可影響微觀結(jié)構(gòu)一是替換元素，主要作用是改變主相的內(nèi)稟特性；替換元素正效果原因負(fù)效果原因Co代換FeTc提高αBr提高抗蝕性提高Co的Tc比Fe高，Nd3Co晶界相代替原來易蝕的富Nd相Hcj下降新的晶界相Nd2Co或Nd(Fe，Co)2是軟磁相，不起磁去耦作用Dy、Tb代換NdHcj提高Dy細(xì)化主相晶粒，Dy2Fe14B的HA比Nd2Fe14B的高Br下降(BH)m下降Dy與Fe呈亞鐵磁性耦合，使主相Ms下降替換元素所起作用及其原因61二是摻雜元素，阻礙晶粒長大，使疇壁移動困難。摻雜元素正效果原因負(fù)效果原因晶界改進元素Cu、Al、Ga、Zn等Hcj提高抗蝕性提高形成非磁性晶界相，使主相磁去耦，同時還抑制主相晶粒長大，代替原來易蝕的富Nd相Br下降(BH)m下降非磁性元素局部溶于主相代替Fe，使主相Ms下降難熔元素Nb、Mo、V、W、Cr、Zr、Ti等Hcj提高抗蝕性提高抑制α-Fe、Nd(Fe,Co)2相生成，增強磁去耦，抑制主相晶粒長大，新的硼化物晶界相代替原來富Nd相Br下降(BH)m下降在晶界或晶粒內(nèi)生成非磁性硼化物，使主相體積分?jǐn)?shù)下降摻雜元素所起作用及其原因62定向度提高燒結(jié)磁體定向度的方法：增大定向磁場到一定值；在成型前提下減小磁粉的內(nèi)摩擦，采用低成型壓力；控制成分，增大主相比例，減小磁粉粒徑及其分布范圍，控制晶粒生長等。通過這些方法，工業(yè)磁體的生產(chǎn)取向可達96%以上。63含氧量磁體制作中不可避免帶入氧，對磁體性能造成巨大影響。當(dāng)氧含量從0.12%增大到0.65%時，富Nd晶界相氧化成為反磁化疇成核中心，磁體的Hcj從1066kA/m下降到716kA/m?？刂蒲鹾渴强刂凭Я３叽绲挠行Х椒?。用含氧量分別為0.12%，0.4%，0.53%和0.65%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的3μm磁粉制作的磁體，平均晶粒尺寸為7.5、7.0、6.9和6.2μm，呈下降趨勢。64熱穩(wěn)定性提高NdFeB磁體的工作溫度途徑：提高居里溫度和室溫矯頑力，分別用添加Co和Dy來實現(xiàn)。在高溫(175℃)下較高的Hcj對降低不可逆退磁是必要的。添加0.02(摩爾分?jǐn)?shù))以上的Dy對提高Hcj十分有效。調(diào)整合金成分，降低βHcj也是提高工作溫度的一個有效途徑。65提高NdFeB磁體性能的展