第5章永磁材料课件.ppt

1、1 第5章 永磁材料衡量永磁体性能的重要指标衡量永磁体性能的重要指标提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径金属永磁材料金属永磁材料铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料稀土永磁材料稀土永磁材料 本章将要讲述的主要内容：25.1 衡量永磁体性能的重要指标剩磁剩磁高高矫顽力矫顽力大大最大磁能积最大磁能积大大稳定性稳定性好好MCBCHH100%ZZ最为重要最为重要HC，Br等参量等参量3最大磁能积（BH）maxH=0时，时，BH=0；B=0时，时，BH=0所以在这两个状态之间所以在这两个状态之间BH必然存在最大值必然存在最大值根据可以根据可以（BH）max确定确定永磁体的永磁体的最佳形状最佳形状。BB 0B

2、H 0H 0(BH)maxS NS NS N43.2 提高永磁体性能的基本途径为了提高磁能积，必须想办法提高为了提高磁能积，必须想办法提高剩磁剩磁Br和和矫顽力矫顽力HC如何提高材料的剩磁如何提高材料的剩磁Br？定向结晶定向结晶塑性变形塑性变形 磁场成型磁场成型磁场处理磁场处理 使晶粒长大方向和易磁化轴方向一致使晶粒长大方向和易磁化轴方向一致形成择优取向和织构形成择优取向和织构使易磁化轴沿磁场取向使易磁化轴沿磁场取向热处理过程中析出的磁性颗粒沿磁场取向热处理过程中析出的磁性颗粒沿磁场取向5如何提高材料的矫顽力HC材料的矫顽力主要是由畴壁的不可逆移动和磁畴材料的矫顽力主要是由畴壁的不可逆移动和磁

3、畴的不可逆转动形成的。分别考虑：的不可逆转动形成的。分别考虑：磁畴转动磁畴转动考虑单畴。矫顽力受到磁晶各向异性、形状各向异性和应考虑单畴。矫顽力受到磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性力各向异性 的影响：的影响：100SCSSSKHab NNMcMM 对于对于MS大的材料，最好通过形状各向异性来大的材料，最好通过形状各向异性来提高矫顽力，细长比越大越好，以增大提高矫顽力，细长比越大越好，以增大()NN对于具有高对于具有高K1和和 S的材料，应该利用磁晶各向异的材料，应该利用磁晶各向异性和应力各向异性来提高矫顽力性和应力各向异性来提高矫顽力6畴壁的不可逆位移钉扎点钉扎点磁畴壁磁畴壁初始消磁状

4、态初始消磁状态畴壁被钉扎状态畴壁被钉扎状态畴壁从钉扎点撕脱出畴壁从钉扎点撕脱出设法在材料中出现有效的钉扎点，形成晶格缺陷，设法在材料中出现有效的钉扎点，形成晶格缺陷，是提高材料矫顽力的有效措施。是提高材料矫顽力的有效措施。75.3 金属永磁材料根据形成高矫顽力的机理，可将永磁材料分为以下几类：根据形成高矫顽力的机理，可将永磁材料分为以下几类： 淬火硬化淬火硬化型磁钢型磁钢 析出硬化析出硬化型磁钢型磁钢 时效硬化时效硬化型永磁型永磁 有序硬化有序硬化型永磁型永磁 8淬火硬化型磁钢种类成分（wt%）Br（T）HC（104A/m）(BH)max（kJ/m3）碳钢0.9C，余Fe0.950.401.5

5、9钨钢0.7C，0.3Cr，6W，余Fe1.050.532.39铬钢0.9C，3.4Cr，余Fe0.900.441.99钴钢0.7C，4Cr，7W，35Co，余Fe1.202.077.96铝钢2C，8Al，余Fe0.601.603.98该类磁钢的矫顽力主要是通过高温淬火手段，把已经加工过的零件中的原始奥氏体组织转变为马氏体组织来获得 9析出硬化型磁钢析出硬化型磁钢 永磁合金大致有以下三类：永磁合金大致有以下三类：Fe-Cu系合金，主要用于铁簧继电器等方面；系合金，主要用于铁簧继电器等方面；Fe-Co系合金，主要用于半固定装置的存储元件；系合金，主要用于半固定装置的存储元件；AlNiCo系合金系

6、合金 ，是金属永磁材料中最重要的一类，是金属永磁材料中最重要的一类矫顽力机理，以AlNiCo磁钢为例，12FeNiAlFeFeCoNiAl或铁磁性相1（Fe或FeCo）在非磁性相2中，以单磁畴微粒子的形式析出，产生形状各向异性型高矫顽力 10熔炼、铸锭固溶化处理磁场中冷却时效处理加工处理检验出厂铸型、配料各向异性铝镍钴永磁体的制备工艺简图11名称Br（T）HC（104A/m）(BH)max（kJ/m3）备注等轴晶Alnico51.255.0139.80半柱状晶Alnico51.305.4147.76柱状晶Alnico51.301.405.576.3755.7263.68等轴晶Alnico80.

7、8511.1435.82柱状晶Alnico81.051.1011.9412.7471.6479.60柱状晶Alnico81.101.1111.5412.9091.5495.52加Si，3.5%Cu柱状晶Alnico81.1512.14106.66用种晶控制冷却含碳柱状晶Alnico81.1411.5490.74加0.1%C12时效硬化型永磁合金时效硬化型永磁合金 其矫顽力通过淬火、塑性变形和时效硬化的工艺获得 时效硬化型永磁合金可以分为以下几种：（1）-铁基合金，其磁能积较低，一般用在电话接收机上。（2）铁锰钛和铁钴钒合金。铁锰钛合金的磁性能相当于低钴 钢，主要用于指南针和仪表零件等。铁钴钒硬

8、磁合金磁 能积大约在2433kJ/m3 ，制造微型电机和录音机磁性零件 （3）铜基合金，其磁能积约为615kJ/m3，可用于测速仪和转速计 ；（4）Fe-Cr-Co系永磁合金 ，其基本成分为：20%33%Cr，3%25%Co，其余为铁，永磁性能类似于中等性能的Alnico永磁合金，用于扬声器、电度表、转速表、陀螺 仪、空气滤波器和磁显示器等 13FeCrCo合金的磁性能成分（wt%，余为铁）BrHC(BH)max工艺特点CrCoMoTiCu（T）（104A/m）（kJ/m3）3231.293.5732磁场处理，回火3051.344.2042磁场处理，回火26101.51.444.7054磁场处

9、理，回火3311.521.156.0550形变时效22151.51.565.0966磁场处理，回火331621.297.0065形变时效241531.01.546.6876柱状晶，磁场处理，回火332321.308.6078形变时效14有序硬化型永磁合金有序硬化型永磁合金 合金种类成分（wt%）Br（T）HC（104A/m）(BH)max（kJ/m3）钴铂78.6Pt，23.2Co0.6332.6471.64铁铂77.8Pt，22.2Fe0.58124.9724.44银锰铝86.75Ag，8.8Mn，4.45Al0.063.980.64锰铝72Mn，28Al0.4321.8927.86锰铝碳6

10、9.5Mn，29.95Al，0.55C0.2852.5462.09在高温下处于无序状态，经过适当的淬火和回火后，由在高温下处于无序状态，经过适当的淬火和回火后，由无序无序相中析出弥散分布的有序相相中析出弥散分布的有序相，从而提高了合金矫顽力。，从而提高了合金矫顽力。 155.4 铁氧体永磁永磁铁氧体是由铁的氧化物和锶（或钡等）化合物按一定比例永磁铁氧体是由铁的氧化物和锶（或钡等）化合物按一定比例混合，经预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工而成混合，经预烧、破碎、制粉、压制成型、烧结和磨加工而成 其电阻率远高于金属磁性材料，特别适宜在高频和微波其电阻率远高于金属磁性材料，特别适宜在高频和微波

11、波段应用波段应用 当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体，当前应用的永磁铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体，其化学式为其化学式为MO xFe2O3，其中，其中MBa，Sr，Ca或或Pb等，有等，有时又简称为时又简称为M型铁氧体。型铁氧体。永磁铁氧体的磁性能较低，但由于原材料丰富、平均售价永磁铁氧体的磁性能较低，但由于原材料丰富、平均售价和性价比和性价比 高，抗退磁性优良，工艺简单成熟，不存在氧高，抗退磁性优良，工艺简单成熟，不存在氧化问题，所以是应用最广、需求量最大的磁性材料。化问题，所以是应用最广、需求量最大的磁性材料。16永磁铁氧体的制备工艺整整粒粒BaCO3或或(SrCO3

12、)+Fe2O3烧烧成成粗粗破破碎碎细细粉粉碎碎干干燥燥压压缩缩成成型型造造粒粒压压缩缩成成型型烧烧成成加加工工、检检查查各各向向异异性性各各向向同同性性外外磁磁场场17永磁铁氧体的应用其余其余（磁辊等）（磁辊等）10 电机电机（小型电动机等）（小型电动机等）50电声电声（扬声器等）（扬声器等）20测量与控制器件测量与控制器件（磁控管等）（磁控管等）20随着国内外汽车、家用电器、电动工具、仪器仪表等随着国内外汽车、家用电器、电动工具、仪器仪表等工业的快速发展，永磁铁氧体的用量还将持续增加工业的快速发展，永磁铁氧体的用量还将持续增加 永磁铁氧体的应用领域和用量大致为：永磁铁氧体的应用领域和用量大致

13、为：18示例磁控管磁控管电机电机195.5 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钴基稀土永磁材料钴基稀土永磁材料5.5.3Nd-Fe-B磁体的制备磁体的制备5.5.4Nd-Fe-B磁体的磁性能磁体的磁性能5.5.5影响影响Nd-Fe-B永磁体性能的因素永磁体性能的因素5.5.6双相纳米晶复合永磁材料双相纳米晶复合永磁材料5.5.7Sm-Fe-N系永磁材料系永磁材料本节介绍的重要内容：本节介绍的重要内容：205.5.1 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）与等）与过渡过渡金属金属TM（Co，Fe等）所形成的一类高性

14、能永磁材料。等）所形成的一类高性能永磁材料。稀土元素未满电子壳层为稀土元素未满电子壳层为4f，由于受到，由于受到5s，5p，6s电子电子层的屏蔽，其轨道磁矩层的屏蔽，其轨道磁矩未被未被“冻结冻结”，因而，因而原子磁矩原子磁矩大。自大。自旋磁矩与轨道磁矩间的耦合作用很强，因此旋磁矩与轨道磁矩间的耦合作用很强，因此K和和 S很大，合金很大，合金矫顽力高矫顽力高，但稀土原子间，但稀土原子间4f-4f电子云交换作用较弱，交换积电子云交换作用较弱，交换积分常数分常数A较小，故合金较小，故合金居里温度低，居里温度低，很难实际应用。很难实际应用。铁钴镍一类过渡族金属在室温下具有很强的铁磁性，铁钴镍一类过渡族

15、金属在室温下具有很强的铁磁性，同时具有高居里温度。同时具有高居里温度。于是，从于是，从50年代起人们开始对稀土年代起人们开始对稀土-过渡族合金的磁性过渡族合金的磁性能进行了一些列深入的研究，并很快获得突破性进展能进行了一些列深入的研究，并很快获得突破性进展 21元 素 周 期 表Periodic Table of ElementsIAIIAIIIBIIIAIVAVAVIAVIIAOIVBVBIBVIBVIIBIIBVIII氢氢氪氪氙氙氡氡氟氟氯氯氦氦氖氖氩氩锂锂钠钠钾钾铷铷铯铯钫钫铍铍镁镁钙钙锶锶钡钡镭镭钪钪钇钇钛钛锆锆铪铪钒钒铌铌钽钽铬铬钼钼钨钨锰锰锝锝铼铼铁铁钌钌锇锇铱铱铂铂金金钴钴镍镍铜

16、铜锌锌铑铑钯钯银银镉镉锗锗锡锡铅铅镓镓铟铟铊铊铝铝钋钋锑锑铋铋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镤镤钍钍锕锕钚钚镎镎铀铀锫锫锔锔镅镅锎锎镄镄锿锿铹铹锘锘钔钔LaLaAcAcLiHBeNa MgKCaRbSrCsBaFrRaScYTiZrHfVNbTaCrMoWMnTcReFeRuOsCoNiCuZnGaRhIrPdPtAgAuCdHgInTlGeSnPbAsSbBiSeTeIPoBrAtKrXeRnBAlCSiNPOSFClHeNeArPrCeLaSmPmNdTbGdEuErHoDyLuYbTmPaThAcPuNpUBkCmAmFmEsCfLrNoMd3141112192

17、03738555687882139224072234173244274254375264476272829303145774678477948804981325082335183345253843585365486513614715816917210185958576261606564636867667170699190899493929796951009998103102101镨镨铈铈镧镧钐钐钷钷钕钕铽铽钆钆铕铕镝镝镥镥铒铒钬钬镱镱铥铥轻稀土元素轻稀土元素重稀土元素重稀土元素22稀土永磁分类第三代稀土磁体第三代稀土磁体 (BH)max 160kJ/m3(BH)max 200240kJ/m3(

18、BH)max 240460kJ/m3第二代稀土磁体第二代稀土磁体 第一代稀土磁体第一代稀土磁体 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磁体磁体1:5型型SmCo5磁体磁体R2Fe14B型型Nd-Fe-B磁体磁体 23永磁材料的进化1910192019301940195019601970198019902000KS钢Co铁氧体MK钢NSK钢Alnico5Alnico5DG针状Alnico烧结SmCo5SmPrCo5Sm(Co-Fe-Cu)5Sm(Co-Fe-Cu-Zr)5Nd2Fe14B(NEOMAX)Ba、Si铁氧体Mn-Al Y

19、Co5SmCo5FeCrCoMnAlC40032024016080010203040500(BH)max（kJ/cm3）(BH)max（MGsOe）年份245.5.2 钴基稀土永磁材料251:5型SmCo5永磁体 RCo5合金具有合金具有六角六角结构。它由两种不同的原子层所组结构。它由两种不同的原子层所组成，一层是呈六角形排列的钴原子，另一层由稀土原子成，一层是呈六角形排列的钴原子，另一层由稀土原子和钴原子以和钴原子以1:2的比例排列而成。晶格常数的比例排列而成。晶格常数a5.004，c3.971。c轴是易磁化轴轴是易磁化轴。26SmCo5磁性能SmCo5化合物具有很化合物具有很高的磁晶各向异

20、性高的磁晶各向异性常数，常数，K11519103kJ/m3，它的，它的MS0.89A/m，其理论磁能，其理论磁能积达积达244.9kJ/m3。做成磁体以后，做成磁体以后，SmCo5永磁体的最高磁性能已达到永磁体的最高磁性能已达到Br1.07T；bHC851.7kA/m；(BH)max227.6kJ/m3。SmCo5的的居里温度为居里温度为740 C，它可在，它可在50 C150 C的温度范围内工作，是一种较为理想的永磁体，已在的温度范围内工作，是一种较为理想的永磁体，已在现代科学技术与工业中得到广泛的应用。现代科学技术与工业中得到广泛的应用。缺点缺点是含有较多的战略金属钴和储藏较少的稀土金属是

21、含有较多的战略金属钴和储藏较少的稀土金属Sm。原材料。原材料价格昂贵价格昂贵，其发展前景受到资源和价格，其发展前景受到资源和价格的限制。的限制。272:17型Sm2Co17永磁体 Sm2Co17合金高温六角结构（a）和低温菱方结构（b）（a）Th2Ni17型六方晶体结构（b）Th2Zn17型菱方晶体结构稀土原子过渡金属原子高温相高温相低温相低温相28Sm2Co17磁性能Sm2Co17具有具有高的内禀饱和磁化强度高的内禀饱和磁化强度 0MS1.2T，而且是，而且是易易c轴轴的，居里温度的，居里温度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

22、 分 取 代部 分 取 代 S m2C o1 7化 合 物 中 的化 合 物 中 的 C o ， 所 形 成， 所 形 成Sm2(Co0.3Fe0.7)17合金的合金的 0MS可高达可高达1.63T，其理论最大磁能积，其理论最大磁能积可高到可高到525.4kJ/m3。虽然虽然Sm2Co17二元化合物是易二元化合物是易c轴的，但它的轴的，但它的矫顽力矫顽力还是偏还是偏低低，很难成为实用的永磁材料。很难成为实用的永磁材料。 通过掺入其他元素的方法可以得到高性能的永磁材料，得到通过掺入其他元素的方法可以得到高性能的永磁材料，得到广泛应用的是广泛应用的是Sm-Co-Cu-Fe-M系系2:17型永磁体型

23、永磁体 ，即第二代，即第二代稀土永磁稀土永磁295.5.3 NdFeB磁体的制备磁粉的制备是加工磁粉的制备是加工Nd-Fe-B磁体的关键工序，磁磁体的关键工序，磁粉磁性能的好坏直接影响到磁体的磁性能。粉磁性能的好坏直接影响到磁体的磁性能。制备制备Nd-Fe-B磁粉的方法有：磁粉的方法有： 机械破碎法机械破碎法 熔体快淬法熔体快淬法 HDDR法法 气体喷雾法气体喷雾法 机械合金化法机械合金化法 30熔体快淬法采用真空感应熔炼母合金，将母合金经石英管采用真空感应熔炼母合金，将母合金经石英管底部的喷嘴喷射到高速旋转的铜辊的表面上，底部的喷嘴喷射到高速旋转的铜辊的表面上，以约以约105106k/s的冷

24、却速度快速凝固的冷却速度快速凝固31HDDR法吸氢吸氢(hydrogenation)Nd2Fe14BHx+H2NdH2+Fe+Fe2BNd+Fe+Fe2B+H2Nd2Fe14B+H2HDDR处理处理Nd-Fe-B系铸造合金系铸造合金固溶化处理固溶化处理粉碎粉碎粉碎粉碎磁粉磁粉分解分解(decomposition)脱氢脱氢(desorption)再结合再结合(recombination)工艺流程工艺流程32气体喷雾法和机械合金化法 气体喷雾法气体喷雾法，是采用高压氩气将，是采用高压氩气将Nd-Fe-B溶液雾化成为溶液雾化成为细小的金属液滴，射向粉碎盘，最终获得极细的细小的金属液滴，射向粉碎盘，最

25、终获得极细的非晶和微晶粉末。这种方法的优点在于，省掉了非晶和微晶粉末。这种方法的优点在于，省掉了中间的破碎环节，制成的磁粉即可用于制备烧结中间的破碎环节，制成的磁粉即可用于制备烧结磁体，也可用于制备粘结磁体。磁体，也可用于制备粘结磁体。机械合金化机械合金化，是将，是将Nd-Fe-B合金铸锭破碎成粗粉，然后合金铸锭破碎成粗粉，然后长时间的高能球磨，再将产物在适当条件下进行长时间的高能球磨，再将产物在适当条件下进行退火处理，这样可以得到与快淬法相同的微观组退火处理，这样可以得到与快淬法相同的微观组织。机械合金化法和快淬法有异曲同工之妙，但织。机械合金化法和快淬法有异曲同工之妙，但其成本较低，也是一

26、种有前途的制备方法。其成本较低，也是一种有前途的制备方法。33Nd-Fe-B磁体分类Nd-Fe-B永磁体永磁体满足高矫顽力、高磁能积要求满足高矫顽力、高磁能积要求市场已打开市场已打开电子、电气设备的小型化领域电子、电气设备的小型化领域市场在逐步扩大市场在逐步扩大烧结永磁体烧结永磁体粘结永磁体粘结永磁体34烧结Nd-Fe-B的制作工艺流程合金熔炼、凝固合金熔炼、凝固高频熔炼及铸造高频熔炼及铸造平均粒径数平均粒径数 m实现磁各向异性实现磁各向异性真空或氩气氛约真空或氩气氛约1100600 左右左右磁场中压制成型磁场中压制成型烧结烧结时效热处理时效热处理表面处理表面处理粗破碎粗破碎细破碎细破碎35粘

27、结Nd-Fe-B磁体的制备工艺磁粉制备磁粉制备混料混料压制成型压制成型固化固化尺寸检测尺寸检测防腐涂层防腐涂层充磁包装充磁包装添加树脂、耦连剂添加树脂、耦连剂170,2h,2h压力为压力为610t/cm2 最关键的步骤最关键的步骤365.5.4 Nd-Fe-B磁体的磁性能各类各类Nd-Fe-B磁体的主要成磁体的主要成分都是硬磁性的分都是硬磁性的Nd2Fe14B相相 以以Nd15Fe77B8烧结磁体为例：烧结磁体为例：Nd2Fe14B（称为（称为T1的铁磁性的铁磁性相）为相）为主相主相，非磁性非磁性Nd1.1Fe4B4相（称为相（称为T2相）及相）及富富Nd相相围在主相的晶粒边界围在主相的晶粒边

28、界 37Nd2Fe14B相结构Nd2Fe14B相属于四角晶体，相属于四角晶体，空间群空间群P42/mnm，晶格常数，晶格常数a=0.882nm，c=1.224nm，具，具有单轴各向异性有单轴各向异性 8j2晶位上的晶位上的Fe原子处于其它原子处于其它Fe原子组成的六棱锥的顶点，其原子组成的六棱锥的顶点，其最近邻最近邻Fe原子数最多，对磁性原子数最多，对磁性有很大影响有很大影响 38Nd2Fe14B相的内禀磁特性：Nd2Fe14B相结构决定了其相结构决定了其内禀磁特性内禀磁特性 ：居里温度居里温度TC 585K；室温各向异性常数室温各向异性常数K1=4.2MJ/m3，K2=0.7MJ/m3，各向

29、异性场各向异性场 0Ha=6.7T；室温饱和磁极化强度室温饱和磁极化强度JS=1.61T。Nd2Fe14B硬磁性晶粒的基本硬磁性晶粒的基本磁畴结构参数磁畴结构参数为：为：畴壁能量密度畴壁能量密度3.510-2J/m2，畴壁厚度，畴壁厚度 B 5nm，单畴粒子临界尺寸为，单畴粒子临界尺寸为d 0.3 m39Nd-Fe-B磁体的磁性能Nd-Fe-B磁体除了磁体除了Nd2Fe14B硬磁性、富硬磁性、富Nd相和富相和富B相相外，外，还有一些还有一些Nd氧化物氧化物和和 -Fe、FeB、FeNd等等软磁性相软磁性相。Nd-Fe-B磁体的磁性主要是由硬磁性相磁体的磁性主要是由硬磁性相Nd2Fe14B决定。

30、决定。弱磁性相及非磁性相隔离或减弱主相磁性耦合的作用，弱磁性相及非磁性相隔离或减弱主相磁性耦合的作用，提高了磁体的矫顽力，但降低了饱和磁化强度和剩磁。提高了磁体的矫顽力，但降低了饱和磁化强度和剩磁。同时，由同时，由配方和制备工艺配方和制备工艺也影响永磁体的宏观磁性能：也影响永磁体的宏观磁性能： 本征本征矫顽力矫顽力 0HCJ约为约为1.22.5T；剩余磁化强度剩余磁化强度Br从从0.8T（各向同性粘结磁体）到（各向同性粘结磁体）到1.21.5T（取向烧结磁体）；（取向烧结磁体）；最大磁能积最大磁能积(BH)max的工业生产水平分别为的工业生产水平分别为80160kJ/m3（粘结磁体）及（粘结磁

31、体）及240320kJ/m3（烧结磁体），实验室水（烧结磁体），实验室水平已达到平已达到410460kJ/m3，约为理论值的，约为理论值的80% 405.5.5 影响Nd-Fe-B永磁体性能的因素凡是影响凡是影响Nd-Fe-B中各晶粒之间的相互作用以及中各晶粒之间的相互作用以及Nd2Fe14B晶粒晶粒中中R和和TM两种亚晶格之间的相互作用的因素都会对两种亚晶格之间的相互作用的因素都会对Nd-Fe-B磁体的性能产生影响：磁体的性能产生影响： 添加元素；添加元素；改善磁粉和晶粒度；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；磁体的热稳定性磁体的热稳定性415.5.6 双相纳米

32、晶复合永磁材料Nd2Fe14B高内禀矫顽力高内禀矫顽力 -Fe 饱和磁化强度高、易充磁饱和磁化强度高、易充磁 异想天开异想天开？一种磁体一种磁体既具有硬磁性相的既具有硬磁性相的高内禀矫顽力高内禀矫顽力，又具，又具有软磁性相的有软磁性相的饱和磁化强度高饱和磁化强度高、易充磁易充磁的优点的优点 42纳米复相的优点在在硬磁性相基体中均匀分布有软磁相颗粒硬磁性相基体中均匀分布有软磁相颗粒，这种，这种“多多相复合磁体相复合磁体”就会集硬磁相合软磁相的优点于一身：就会集硬磁相合软磁相的优点于一身：硬磁性相提供足够高的磁晶各向异性，硬磁性相提供足够高的磁晶各向异性，软磁性相提高尽可能高的饱和磁极化强度软磁性

33、相提高尽可能高的饱和磁极化强度同时，由于软磁性相的存在，磁体整体同时，由于软磁性相的存在，磁体整体成本下降成本下降，抗腐抗腐蚀性提高蚀性提高！43纳米复相的原理双相复合磁体中，有三种双相复合磁体中，有三种交换耦合作用交换耦合作用：即硬磁相与硬磁：即硬磁相与硬磁相之间的作用、硬磁相与软磁相之间的作用和软磁相与软相之间的作用、硬磁相与软磁相之间的作用和软磁相与软磁相之间的作用。磁相之间的作用。其中，以其中，以硬磁相与软磁相硬磁相与软磁相之间的作用最为重要。之间的作用最为重要。 只有在只有在纳米尺度纳米尺度内，耦合区域才能占一定的体积分数，内，耦合区域才能占一定的体积分数，交换耦合作用才能体现出来交

34、换耦合作用才能体现出来在外磁场作用下，由于耦合作用在外磁场作用下，由于耦合作用 -Fe相中的磁极化强度随相中的磁极化强度随Nd2Fe14B相中的磁极化强度一起转动，在退磁过程中也表相中的磁极化强度一起转动，在退磁过程中也表现出与单一硬磁相一样的性质，于是出现了现出与单一硬磁相一样的性质，于是出现了剩磁增强效应剩磁增强效应和和光滑退磁曲线光滑退磁曲线。 44纳米复相Nd-Fe-B永磁材料的制备工艺 为了使纳米复相为了使纳米复相Nd-Fe-B永磁体具有优异的磁性能，要求永磁体具有优异的磁性能，要求磁体内两相磁体内两相界面处共格界面处共格，两相要从，两相要从同一母相同一母相中产生出来中产生出来 熔体

35、快淬法熔体快淬法 HDDR法法 机械合金化法机械合金化法 磁控溅射法磁控溅射法 制备工艺通常有下面几种：制备工艺通常有下面几种：455.5.7 Sm-Fe-N系永磁材料 Nd-Fe-B永磁有两大缺点：永磁有两大缺点： 磁性温度稳定性差磁性温度稳定性差 抗腐蚀性能差抗腐蚀性能差 因为主相因为主相Nd2Fe14B的居里温度低，的居里温度低，各向异性场也较低各向异性场也较低 各相间电极电位不同所致各相间电极电位不同所致 研究发现：研究发现：饱和磁化强度饱和磁化强度/T居里温度居里温度/ 各向异性场各向异性场/TNd-Fe-B1.63128Sm2Fe17Nx1.5447014Sm-Fe-N是一种很有发

36、展前途的永磁材料是一种很有发展前途的永磁材料 46Sm2Fe17Nx合金的晶体结构合金的晶体结构Sm2Fe17Nx合金具有与其母合金合金具有与其母合金Sm2Fe17相同相同的菱形的的菱形的Th2Zn17型型结构结构 N只能占据三个只能占据三个八面体间隙八面体间隙位置位置因此，因此， Sm2Fe17Nx中中x347Sm2Fe17Nx合金性能合金性能compoundsJs(T)EMDOHA(T)X(g/cm3)Sm2Fe171.20ab-plane-7.98Sm2Fe17N21.47c-axis147.69Sm2Fe17氮化后点阵常数、晶胞体积和磁性能都氮化后点阵常数、晶胞体积和磁性能都发生了很大

37、变化。发生了很大变化。compoundsa()c()V(3)Tc(K)Sm2Fe178.54312.433785.84413Sm2Fe17N28.73212.631834.1074548Sm2Fe17Nx合金氮化反应合金氮化反应Sm2Fe17Nx化合物是化合物是Sm2Fe17与含氮气体发生气相与含氮气体发生气相-固固相反应而生成相反应而生成 ：22172172xxNSm FeSm Fe N321721721132xNHSm FeSm Fe NHxx含氮气体可以是：含氮气体可以是： N2，N2+H2，NH3，或，或NH3+H2 49Sm2Fe17Nx合金氮化反应过程合金氮化反应过程 N原子从氮化

38、相中向原子从氮化相中向N原子含量低的相中扩散原子含量低的相中扩散 一般认为，在这个气一般认为，在这个气-固反应中发生了以下几个过程：固反应中发生了以下几个过程： N2或或NH3在气相中扩散并且在金属表面产生物理吸附。在气相中扩散并且在金属表面产生物理吸附。 N2或或NH3分解出分解出N原子和原子和H原子，原子，N原子和原子和H原子在金原子在金属表面产生化学吸附。属表面产生化学吸附。 N原子和原子和H原子进入金属内部原子进入金属内部 N原子和原子和H原子在金属内部扩散。原子在金属内部扩散。形成氮化相形成氮化相如何氮化，得到高性能磁体，是困扰人们的难题！如何氮化，得到高性能磁体，是困扰人们的难题！

39、50Sm2Fe17Nx磁体制备方法磁体制备方法2173212172Sm Fe NSmNFeNSm2Fe17Nx磁体在高于磁体在高于600时会发生时会发生分解分解 ：因此，因此， Sm2Fe17Nx磁粉只能用于制造磁粉只能用于制造粘结永磁体粘结永磁体 按照制粉方法不同，按照制粉方法不同， Sm2Fe17Nx磁体大致有四种制备方法：磁体大致有四种制备方法：熔体快淬法熔体快淬法 机械合金化法机械合金化法 HDDR法法 粉末冶金法粉末冶金法 51母合金熔炼纯组元粉末混合母合金熔炼母合金熔炼均匀化退火高能球磨均匀化退火均匀化退火快淬成薄带（非晶态）形成非晶态R-Fe与-Fe层状颗粒粉末粗破碎粗破碎晶化处

40、理（纳米晶体）扩散退火形成母合金粉末（纳米晶体）HDDR处理球磨粉末破碎与球磨成粉末气相固相反应法氮化处理450500，16h，纯N2或NH3+N2，流动或静止进一步球磨由磁粉做成磁体粘结法压制法热变形法熔体快淬法（熔体快淬法（RQ） 机械合金化法（机械合金化法（MA） HDDR法（法（HDDR） 粉末冶金法（粉末冶金法（PM）521. 永磁材料的主要磁技术参量及测量？2. 双相纳米晶复合永磁体材料的研究现状与发展趋势？3. 软磁材料主要磁技术参量及测定？4. 铁氧体软磁材料的研究现状与发展趋势5. 磁性复合材料的研究现状与发展趋势6. 聚合物磁性材料的研究现状与发展趋势7. 磁性材料在磁记录领域的应用作业作业53