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1、磁性材料磁性材料*发展史：发展史：1880年左右：碳钢，紧接着又发现钨钢、钴钢等金属永磁材料；年左右：碳钢，紧接着又发现钨钢、钴钢等金属永磁材料；1931年以来：年以来：Al-Ni-Fe系磁钢系磁钢(MK钢钢)和和Al-Ni-Co系磁钢，后者占系磁钢，后者占 据主导地位一直到据主导地位一直到60年代；年代；20世纪世纪30年代：铁氧体永磁材料，材料便宜，工艺简单，磁性能年代：铁氧体永磁材料，材料便宜，工艺简单，磁性能 居中；同时居中；同时Fe-Cr-Co永磁合金问世，改善了永磁合金问世，改善了Al-Ni-Co机械性能差的缺点；机械性能差的缺点；20世纪世纪60年代：年代：Sm-Co系稀土永磁材
2、料；系稀土永磁材料；20世世纪纪80年年代代：Nd-Fe-B系系稀稀土土永永磁磁材材料料；(BH)max460KJ/m3，称为称为“磁王磁王”；近年来：纳米双相永磁材料，近年来：纳米双相永磁材料，RE(稀土元素稀土元素)-Fe-N系永磁体。系永磁体。3.1 衡量永磁材料的重要指标衡量永磁材料的重要指标1、剩磁、剩磁Br*如如果果撤撤去去外外加加磁磁场场，在在磁磁铁铁两两个个磁磁极极之之间间的的空空隙隙中中便便产产生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的磁能。生恒定磁场（气隙磁场），对外界提供有用的磁能。*撤撤去去外外加加磁磁场场后后，在在退退磁磁场场作作用用下下，永永磁磁体体将将工工作作在在磁
3、磁滞滞回回线线的的第第二二象象限限。所所以以永永磁磁材材料料性性能能的的好好坏坏，应应该该用用退退磁磁曲曲线线上上的的有有关关物物理理量量来来表表征征。剩剩磁磁Br，矫矫顽顽力力HC，最大磁能积最大磁能积(BH)max等。等。*永永磁磁体体由由于于磁磁路路中中存存在在空空隙隙，因因此此处处于于开开路路应应用用状状态态。此此时时工工作作点点在在退退磁磁场场作作用用下下由由Br点点移移到到D点点，所所以以剩剩磁磁应该等于应该等于Bd（表观剩磁）。表观剩磁）。*工工作作点点D和和坐坐标标原原点点O的的连连线线OP称称为为开开路路磁磁导导线线，OP的斜率称为磁导系数。的斜率称为磁导系数。2、矫顽力、矫
4、顽力HC*两种定义：两种定义：*第第二二象象限限中中，H0，所所以以B-H退退磁磁曲线将位于曲线将位于 0M-H退磁曲线下方退磁曲线下方*当当B=0时，时，*的最高值不可能超过材料的剩磁值。的最高值不可能超过材料的剩磁值。3、最大磁能积、最大磁能积(BH)max*若若永永磁磁体体的的尺尺寸寸比比取取(BH)max的的形形状状，则则能能保保证证永永磁磁体体单位体积的磁场能为最大。单位体积的磁场能为最大。注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。注：不同形状对应退磁场不同，磁能积不同。*可可根根据据(BH)max确确定定各各种种永永磁磁体体的的最最佳佳形形状状。(BH)max越越高高的的永永磁磁体体
5、，产产生生同同样样的的磁磁场场所所需需的的体体积积越越小小；在在相相同同体积下，体积下，(BH)max越高的永磁体获得的磁场越强。越高的永磁体获得的磁场越强。注：注：(BH)max是评价永磁体强度的最主要指标。是评价永磁体强度的最主要指标。稀土永磁体稀土永磁体(BH)max450KJ/m3；普通磁钢；普通磁钢(BH)max8KJ/m3*在矩形磁滞回线中，理论值：在矩形磁滞回线中，理论值：（）*上式成立的条件：上式成立的条件：（1）剩余磁化强度）剩余磁化强度Mr=MS（2）内禀矫顽力）内禀矫顽力4、稳定性、稳定性*受受到到温温度度、外外磁磁场场、冲冲击击、振振动动等等外外界界因因素素影影响响时时
6、，有有关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。关磁性能在长时间使用过程中保持不变的能力。*变化率：变化率：3.2 提高永磁体性能的途径提高永磁体性能的途径*(BH)max是是表表征征永永磁磁体体性性能能的的最最主主要要指指标标。为为使使其其尽尽可可能能大大，要求要求Br和和HC要高。要高。3.2.1 如何提高材料的剩磁如何提高材料的剩磁Br*要求要求MS高，高，同时同时矩形比矩形比BrBS应接近于应接近于1。提高提高BrBS的基本途径：的基本途径：1、定向结晶、定向结晶控制铸件的冷却条件控制铸件的冷却条件不同的晶粒结构不同的晶粒结构*快快冷冷时时沿沿热热流流相相反反的的方方向向会会生生长长出
7、出柱柱状状晶晶，柱柱状状晶晶晶晶粒粒长长大大方方向向往往就是它的易磁化方向。往往就是它的易磁化方向。2、塑性变形、塑性变形*多多晶晶体体材材料料拔拔丝丝、轧轧扳扳、挤挤压压、压压缩缩等等塑塑性性变变形形晶晶粒粒转转动动晶晶粒粒的的晶晶体体学学方方位位会会发发生生一一定定程程度度的的定定向向排排列列，即即择择优优取向、织构等取向、织构等可诱导磁各向异性可诱导磁各向异性3、磁场成型、磁场成型*加加工工成成型型时时，施施加加外外磁磁场场，使使易易磁磁化化轴轴沿沿磁磁场场方方向向取取向向，经高温烧结及回火以后，可得较高的经高温烧结及回火以后，可得较高的Br。4、磁场处理、磁场处理*外外部部磁磁场场中中
8、热热处处理理，可可控控制制磁磁性性颗颗粒粒的的析析出出形形态态，沿沿外外场场方向呈细长状生长，方向呈细长状生长，使磁矩沿磁场方向择优取向。使磁矩沿磁场方向择优取向。3.2.2 如何提高如何提高HC*形成形成HC的原因：的原因：畴壁的不可逆移动和不可逆畴转畴壁的不可逆移动和不可逆畴转*决决定定HC大大小小的的因因素素：各各种种因因素素(磁磁各各向向异异性性、掺掺杂杂、晶晶界界等等)对上述行为的阻滞作用的大小。对上述行为的阻滞作用的大小。*某些永磁材料：某些永磁材料：铁磁性微细颗粒铁磁性微细颗粒(单畴单畴)非磁性或弱磁性基体非磁性或弱磁性基体1、磁畴的不可逆转动、磁畴的不可逆转动*磁晶各向异性：磁
9、晶各向异性：磁晶各向异性形状各向异性应力各向异性磁晶各向异性形状各向异性应力各向异性N 和和N 分别为分别为沿短轴和长轴所对应的退磁因子沿短轴和长轴所对应的退磁因子a，b，c是是和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。和晶体结构颗粒取向分布有关的系数。*若材料若材料MS较高，较高，最好通过第二项来提高最好通过第二项来提高HC 方法：增加颗粒细长比方法：增加颗粒细长比 （N N）增加）增加*若若K1，S高，应主要考虑第高，应主要考虑第1、3项项 当颗粒取向完全一致时，当颗粒取向完全一致时，a=2，c=1 当颗粒取向完全混乱时当颗粒取向完全混乱时，a=0.64(立方晶体立方晶体)，a=0.96(单轴单轴
10、 晶体晶体)，c=0.48 所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好所以颗粒易磁化方向完全平行排列时，永磁性好2、畴壁的不可逆位移、畴壁的不可逆位移*永永磁磁材材料料的的反反磁磁化化过过程程如如果果由由畴畴壁壁的的不不可可逆逆位位移移所所控控制制，有两种情况：有两种情况：（1）反）反磁化时材料内部存在着磁化在反方向的磁畴磁化时材料内部存在着磁化在反方向的磁畴晶晶体体缺缺陷陷、杂杂质质、晶晶界界等等的的存存在在，在在这这些些区区域域由由于于内内应应力力或或内内退退磁磁场场的的作作用用。磁磁化化矢矢量量很很难难改改变变方方向向。当当晶晶体体磁磁化化到到饱饱和时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向。和
11、时，这些区域的磁化仍沿着相反的方向。在在反反磁磁化化时时，它它们们构构成成反反磁磁化化核核，在在反反磁磁场场作作用用下下长长大大成成反反磁化畴，为畴壁位移做了准备。磁化畴，为畴壁位移做了准备。反反向向磁磁场场必必须须大大于于大大多多数数畴畴壁壁出出现现不不可可逆逆位位移移的的临临界界磁磁场场，而临界磁场的大小则依赖于各种因素对畴壁移动的阻滞。而临界磁场的大小则依赖于各种因素对畴壁移动的阻滞。方方法法：增增加加对对畴畴壁壁不不可可逆逆位位移移产产生生阻阻滞滞的的因因素素提提高高临临界界磁磁场场（2）反）反磁化开始时材料内不存在反磁化核磁化开始时材料内不存在反磁化核方法：可通过阻止反磁化核的出现提
12、高方法：可通过阻止反磁化核的出现提高HC传传统统磁磁性性材材料料：适适当当增增大大非非磁磁性性掺掺杂杂含含量量并并控控制制其其形形状状(最最好好是是片片状状掺掺杂杂)和和弥弥散散度度(使使掺掺杂杂尺尺寸寸和和畴畴壁壁宽宽度度相相近近)；选选择择高高磁磁晶晶各各向向异异性性的的材材料料；增增加加材材料料中中内内应应力力的的起起伏伏；选选择择 S大的材料。大的材料。新发展的永磁合金如新发展的永磁合金如Nd-Fe-B，强烈的畴壁钉扎效应可提高强烈的畴壁钉扎效应可提高HC晶晶体体中中各各种种点点缺缺陷陷、位位错错、晶晶界界、堆堆垛垛层层错错、相相界界等等都都是是畴畴壁壁钉钉扎扎点点的的重重要要来来源源
13、。反反向向磁磁场场必必须须超超过过钉钉扎扎场场，畴畴壁壁才才移移动。钉扎中心动。钉扎中心HC3.3 金属永磁材料金属永磁材料特点：特点：HC高高根据形成高根据形成高HC的机理，可将金属永磁材料分为：的机理，可将金属永磁材料分为：一、淬火硬化型磁钢一、淬火硬化型磁钢碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和铝钢等。碳钢、钨钢、铬钢、钴钢和铝钢等。*通通过过高高温温淬淬火火手手段段，把把已已经经加加工工过过的的零零件件中中的的原原始始奥奥氏氏体体组织转变为马氏体组织来获得高组织转变为马氏体组织来获得高HC。缺点：矫顽力和磁能积比较低，这类永磁体己很少使用。缺点：矫顽力和磁能积比较低，这类永磁体己很少使用。二、析出硬
14、化型磁钢二、析出硬化型磁钢三类：三类：Fe-Cu系合金；系合金；Fe-Co系合金；系合金；AlNiCo系合金系合金*后者为金属永磁材料中最主要，应用最广泛的一类后者为金属永磁材料中最主要，应用最广泛的一类*AlNiCo磁磁钢钢：主主要要成成分分为为Fe、Ni、Al，再再加加入入Co、Cu或或Mo、Ti等等适适当当热热处处理理各各向向同同性性的的永永磁磁合合金金，经经磁磁场场热处理或定向结晶处理热处理或定向结晶处理各向异性永磁合金各向异性永磁合金*高高HC的机理：的机理：铁磁性析出粒子的形状各向异性铁磁性析出粒子的形状各向异性，*spinodal分解相变过程分解相变过程*后后者者为为非非磁磁性性
15、相相，前前者者为为铁铁磁磁性性相相，以以单单畴畴微微粒粒子子的的形形式析出，产生形状各向异性高式析出，产生形状各向异性高HC*AlNiCo合合金金硬硬度度高高，很很难难加加工工，通通常常采采用用铸铸造造方方式式加加工工，熔化采用高频感应炉。熔化采用高频感应炉。三、时效硬化型永磁合金三、时效硬化型永磁合金*通过淬火、塑性变形和时效硬化的工艺获得高通过淬火、塑性变形和时效硬化的工艺获得高HC。*优点：机械性能较好优点：机械性能较好*分类：分类：（1）铁基合金铁基合金 包括包括CoMo、FeWCo、FeMoCo合金合金 缺点：磁能积较低；用途：电话接收机缺点：磁能积较低；用途：电话接收机（2）FeM
16、nTi和和FeCoV合金合金 特点：磁性能相当于低特点：磁性能相当于低Co钢，但不需要战略资源钢，但不需要战略资源Co 应用：指南针、仪表零件应用：指南针、仪表零件 特点：时效硬化永磁合金中性能较高的一种特点：时效硬化永磁合金中性能较高的一种 应用：微型电机、录音机磁性零件应用：微型电机、录音机磁性零件（3）铜基合金铜基合金 种类：种类：CuNiFe、CuNiCo两种两种 应用：测速仪和转速计应用：测速仪和转速计（4）Fe-Cr-Co系永磁系永磁合金合金 特特点点：主主要要应应用用的的另另一一类类金金属属硬硬磁磁合合金金。磁磁性性能能相相当当于于中中等等性性能能的的A1NiCo永永磁磁合合金金
17、，但但可可进进行行变变形形加加工工，机机械械加加工工，制成管材、片材或线材等。制成管材、片材或线材等。应用：应用：扬声器、电度表、转速表、陀螺仪扬声器、电度表、转速表、陀螺仪、空、空气滤波器气滤波器、磁显示器磁显示器四、有序硬化型永磁合金四、有序硬化型永磁合金*种类：种类：AgMnAl、CoPt、FePt、MnAl、MnAlC合金合金*特特点点：高高温温下下处处于于无无序序状状态态，经经适适当当的的淬淬火火和和回回火火后后，由无序相中析出弥散分布的有序相，提高由无序相中析出弥散分布的有序相，提高HC。*应用：磁性弹簧、小型仪表元件、小型磁力马达应用：磁性弹簧、小型仪表元件、小型磁力马达*FeP
18、t合金：耐腐蚀性合金：耐腐蚀性3.4 铁氧体永磁材料铁氧体永磁材料*主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体主要为六角晶系的磁铅石型铁氧体*化学式：化学式：MO xFe2O3 M=Ba，Sr，Ca，Pb等等 实用化的有实用化的有BaO 6Fe2O3，SrO 6Fe2O3等等*缺点：综合磁性能较低缺点：综合磁性能较低*优点：性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优良；不优点：性价比高；工艺简便成熟；抗退磁性能优良；不存在氧化问题。存在氧化问题。*目前约占永磁材料总产值的目前约占永磁材料总产值的40。*分分类类：各各向向同同性性永永磁磁；各各向向异异性性永永磁磁（成成型型时时施施加加外外磁磁场场，使使颗颗粒粒的
19、的易易磁磁化化轴轴定定向向排排列列，材材料料的的剩剩磁磁和和磁磁能能积积得得到到大大大大提高提高）。）。*应应用用领领域域：电电机机(50%)，电电声声(20)，测测量量与与控控制制器器件件(20%)，其余，其余(10)。3.5 稀土永磁材料稀土永磁材料*由由稀土元素稀土元素RE与过渡金属与过渡金属TM（Fe，Co等）形成等）形成RE：15个个，La，Ce，Pr，Nd，Pm，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu常把第常把第III副族元素钪副族元素钪(Sc)和钇和钇(Y)也列入稀土元素之中。也列入稀土元素之中。3.5.1 概述概述*问问题题：纯纯稀稀土土合合金金居居里里温温
20、度度低低。Fe、Co、Ni室室温温下下有有很很强的铁磁性，居里温度高。强的铁磁性，居里温度高。设想：稀土元素设想：稀土元素Fe、Co、Ni等等 合金合金 TC高？高？*稀稀土土合合金金的的优优势势：原原子子磁磁矩矩大大；K1、s大大；结结构构为为六六角角晶晶系和四方晶系，具强烈的单轴各向异性。系和四方晶系，具强烈的单轴各向异性。*分类：第一代稀土永磁材料分类：第一代稀土永磁材料 60年代开发，年代开发，SmCo5 第二代稀土永磁材料第二代稀土永磁材料 70年代开发，年代开发，Sm2Co17 优点：永磁性能好，优点：永磁性能好，(BH)max大大 缺点：原材料供应和价格问题（缺点：原材料供应和价
21、格问题（Co，Sm储量少）储量少）第第三三代代稀稀土土永永磁磁材材料料 1983年年开开发发，Nd2Fe14B(四四方方)特点特点：1、磁性能高，、磁性能高，2、价格属中下水平，、价格属中下水平，3、力学、力学 性能好，性能好，4、TC低，温度稳定性差，化学稳定性欠佳低，温度稳定性差，化学稳定性欠佳 第四点可通过调整化学成分和采取其他措施改善第四点可通过调整化学成分和采取其他措施改善3.5.2 Co基稀土永磁材料基稀土永磁材料*系列：系列：Sm-Co系，系，Pr-Co系，系，Ce-Co系系 Sm-Co系是永磁材料发展史上的里程碑。系是永磁材料发展史上的里程碑。1、第一代、第一代SmCo5*六角
22、结构六角结构*优优点点：综综合合磁磁性性能能好好；缺缺点点：原材料价格昂贵，储量少原材料价格昂贵，储量少*特特点点：a、成成分分对对永永磁磁性性能能影影响响大大，若若按按化化学学计计量量比比配配不不可可能能获获得得优优异异的的磁磁性性能能，Sm含含量量为为过过计计量量时时，才才可可能能获获得得优优异异的的磁磁性性能能。b、只只有有Sm含含量量为为过过计计量量时时，才才可可能能获获得得致致密密的的SmCo5合合金金。c、室温室温HC随回火温度变化。随回火温度变化。2、第二代、第二代Sm2Co17*高温：六角；低温：菱方高温：六角；低温：菱方*优点：优点：MS高，高，TC高高 缺点：缺点：HC偏低
23、，很难成为实用的永磁材料偏低，很难成为实用的永磁材料*改进方法：改进方法：（1）三元）三元Sm2(Co1-xFex)17合金系中添加其他元素合金系中添加其他元素 如：如：Sm2(Co0.8Fe0.05Mn0.15)17，Sm2(Co0.8Fe0.09Cr0.11)17 优点：优点：HC得到了提高得到了提高 缺点：温度稳定性差；制造工艺不易掌握，重复性差。缺点：温度稳定性差；制造工艺不易掌握，重复性差。两种合金没有在工业上得到应用。两种合金没有在工业上得到应用。（2）三元系）三元系Sm-Co-Cu为基础的合金为基础的合金 Sm-Co-Cu系，系，Sm-Co-Cu-Fe系，系，Sm-Co-Cu-F
24、e-M系系 M=Zr,Ti,Hf,Ni等等*目前工业上广泛应用的是第三个系列。目前工业上广泛应用的是第三个系列。其优点：磁性能稳定（抗氧化能力强，磁性随温度变化较小）其优点：磁性能稳定（抗氧化能力强，磁性随温度变化较小）3.5.3 Nd-Fe-B永磁材料永磁材料一、磁体的制备一、磁体的制备两类：粘结永磁体；烧结永磁体两类：粘结永磁体；烧结永磁体1、粘结、粘结Nd-Fe-B磁体的制备磁体的制备(1)、磁粉的制备、磁粉的制备a、熔体快淬法、熔体快淬法真真空空感感应应炉炉熔熔炼炼母母合合金金 惰惰性性气气体体保保护护 熔熔化化的的母母合合金金在在氩氩气气压压力力下下经经石石英英管管喷喷出出 喷喷射射
25、到到 高高速速旋旋转转的的铜铜辊辊上上快快速速冷冷却却凝固凝固 将得到的薄带粉末化后得磁粉将得到的薄带粉末化后得磁粉*旋旋转转辊辊速速度度：调调节节产产物物晶晶体体结结构构，即即从从非非晶晶到到数数微微米米晶晶粒粒尺寸变化；影响材料的磁性能。尺寸变化；影响材料的磁性能。b、HDDR法法*此法可获得平均粒径为此法可获得平均粒径为0.3 m的细小晶粒的细小晶粒 HCc、气体喷雾法、气体喷雾法Nd-Fe-B溶溶液液 高高速速喷喷嘴嘴 雾雾化化成成细细小小的的金金属属液液滴滴 射射向向粉粉碎碎盘盘 获得极细的非晶和微晶粉末获得极细的非晶和微晶粉末d、机械合金化法、机械合金化法Nd-Fe-B合金铸锭破碎
26、成粗粉合金铸锭破碎成粗粉 长时间高能球磨长时间高能球磨 产物产物 退火退火处理处理 得到与快淬法相同的微观组织得到与快淬法相同的微观组织优点：成本低优点：成本低(2)、磁体的制备、磁体的制备永永磁磁体体粉粉末末与与橡橡胶胶、塑塑料料等等粘粘结结材材料料相相混混合合，按按用用求求直直接接成型为各种形状的永磁部件。成型为各种形状的永磁部件。缺缺陷陷：由由于于粘粘结结剂剂的的加加入入，永永磁磁体体的的磁磁学学性性能能会会有有一一定定程程度的下降。度的下降。2、烧结、烧结Nd-Fe-B磁体的制备磁体的制备磁粉磁粉 压缩成型压缩成型 高温烧结高温烧结 热处理热处理 表面处理表面处理二、二、Nd-Fe-B
27、磁体的磁性能磁体的磁性能*四角晶系，具单轴各向异性，四角晶系，具单轴各向异性，C轴为易磁化轴轴为易磁化轴1、Nd-Fe-B相结构与内禀磁性相结构与内禀磁性*相结构决定内禀磁特性相结构决定内禀磁特性（1）交交换换作作用用：Fe-Fe原原子子对对间间的的相相互互作作用用是是最最主主要要的的，它与原子间距有关，有些为正，有些为负它与原子间距有关，有些为正，有些为负 TC较低；较低；（2）单轴磁晶各向异性；）单轴磁晶各向异性；（3）MS主要由主要由Fe原子磁矩贡献，原子磁矩贡献，Nd也有一定贡献。也有一定贡献。*内内禀禀磁磁性性参参数数：TC=585K，各各向向异异性性场场 0Ha=6.7T，室室温饱
28、和磁极化强度温饱和磁极化强度JS=1.61T。2、Nd-Fe-B磁体的性能磁体的性能(受微观结构、成分配方、制备工艺影响受微观结构、成分配方、制备工艺影响)微微观观结结构构：主主要要为为硬硬磁磁的的Nd2Fe14B相相，还还包包括括富富Nd相相和和富富B相相（室室温温下下为为非非磁磁性性），还还有有一一些些Nd氧氧化化物物和和-Fe、FeB、FeNd、Fe17Nd2等等软软磁磁相相。磁磁性性主主要要由由前前者者决决定定，后后者者具具有有隔隔离离或或减减弱弱主主相相磁磁性性耦耦合合的的作作用用，可可提提高高HC，但但降降低低了了MS和和Br。成分配方：成分配方：只只有有永永磁磁合合金金的的Nd和
29、和B的的含含量量分分别别比比Nd2Fe14B化化合合物物的的Nd和和B含量多时，才能获得较好的永磁性能。含量多时，才能获得较好的永磁性能。在在Nd-Fe-B永永磁材料成分设计时磁材料成分设计时应应考虑如考虑如下下原则：原则：为为获获得得高高矫矫顽顽力力，除除B含含量量适适当当外外，可可适适当当提提高高Nd含含量量。为为获获得得高高磁磁能能积积，应应尽尽可可能能使使B和和Nd的的含含量量向向Nd2Fe14B 四四方相的成分靠近，尽可能的提高合金的方相的成分靠近，尽可能的提高合金的Fe含含量。量。制备工艺：制备工艺：制制备备工工艺艺会会影影响响晶晶粒粒的的大大小小、形形状状及及其其取取向向 影影响
30、响到到晶晶粒粒间的耦合程度间的耦合程度 从而影响宏观磁性能从而影响宏观磁性能二、二、影响影响Nd-Fe-B永磁体性永磁体性能的因能的因素素近近邻邻原原子子间间的的交交换换相相互互作作用用是是物物质质磁磁性性的的来来源源 物物质质结结构构各层次间的相互作用与材料磁性能密切相关各层次间的相互作用与材料磁性能密切相关1、添加元素的影响、添加元素的影响*前前两两种种置置换换影影响响主主相相的的内内禀禀特特性性；后后两两种种掺掺杂杂影影响响磁磁体体微微结构结构 改善磁性能改善磁性能2、磁粉和晶粒度的影响、磁粉和晶粒度的影响*细而均匀细而均匀的磁粉的磁粉 烧结后得细而均烧结后得细而均匀匀的晶粒的晶粒 HC
31、提高提高*控制磁粉的含氧量，含氧量增加控制磁粉的含氧量，含氧量增加 烧结后晶粒尺寸下降烧结后晶粒尺寸下降3、定向度的影响、定向度的影响*定向度可影响定向度可影响Br、(BH)max*通通过过增增大大模模具具内内定定向向磁磁场场、在在能能成成型型的的前前提提下下减减小小磁磁粉粉的的磁凝集、采用低成型压力等措施，可磁凝集、采用低成型压力等措施，可提高提高定向度。定向度。4、含氧量的影响、含氧量的影响*对对含含Co的的Nd-Fe-B磁磁体体，适适度度的的氧氧对对提提高高HC和和温温度度稳稳定定性性有利，另一方面，含氧量高，抗蚀性好。有利，另一方面，含氧量高，抗蚀性好。*对对不不含含Co的的Nd-Dy
32、-Fe-Al-B磁磁体体，与与前前者者相相反反，HC随随含含氧氧量量增大而减小。增大而减小。5、磁体的热稳定性、磁体的热稳定性*提提高高磁磁体体工工作作温温度度的的两两条条途途径径：提提高高居居里里温温度度和和提提高高室室温温(25)下的矫下的矫顽顽力。可分别用添加力。可分别用添加Co和和Dy来实现来实现。3.5.4 双相纳米晶复合永磁材料双相纳米晶复合永磁材料*问问题题提提出出：能能否否得得到到一一种种磁磁体体，使使其其既既具具有有硬硬磁磁性性相相的的高高内内禀禀矫矫顽顽力力又又具具有有软软磁磁性性相相的的饱饱和和磁磁化化强强度度高高、易易充充磁磁的的优优点点。另另一一方方面面综综合合磁磁性
33、性能能好好的的硬硬磁磁材材料料中中含含稀稀土土元元素素，提高了成本，降低了化学稳定性（易腐蚀）。提高了成本，降低了化学稳定性（易腐蚀）。*解解决决方方案案：多多相相复复合合磁磁体体即即硬硬磁磁相相基基体体中中均均匀匀分分布布有有软软磁相颗粒磁相颗粒，可全面解决上述问题。，可全面解决上述问题。一、理论基础一、理论基础交换交换耦合耦合作用作用*Stoner-Wohlfarth理理论论：描描述述单单轴轴晶晶系系多多晶晶永永磁磁体体的的磁磁学学性质，即性质，即Mr与与MS的关系。的关系。*1988年年，Clemette在在Nd-Fe-B-Si系系合合金金中中得得到到了了与与上上述述理理论不符的结果。论
34、不符的结果。Br/BS=0.6*解释：解释：“交换耦合作用交换耦合作用”“交换耦合区域交换耦合区域”*晶晶粒粒内内部部，磁磁化化强强度度平平行行于于易易磁磁化化轴轴，而而在在晶晶粒粒边边界界处处有有一一层层“交交换换耦耦合合区区域域”，该该区区域域内内磁磁化化强强度度受受周周围围晶晶粒粒的的影影响响偏偏离离了了易易磁磁化化轴轴，呈呈现现磁磁紊紊乱乱状状态态。剩剩磁磁状状态态下下，必必然然有有一一些些晶晶粒粒的的易易磁磁化化轴轴与与原原外外加加磁磁场场方方向向致致，这这些些晶晶粒粒中中的的磁磁化化强强度度会会使使得得周周围围晶晶粒粒中中交交换换耦耦合合区区域域内内的的磁磁化化强强度度也也大大致致
35、停停留留在在剩剩磁磁方方向向上上，从从而而使使得得剩剩余余磁磁化化强强度度有有了了明明显的提高。显的提高。*若若晶晶粒粒尺尺寸寸过过大大，则则交交换换耦耦合合区区域域所所占占的的体体积积分分数数太太小小，交交换换耦耦合合作作用用不不明明显显。只只有有在在纳纳米米尺尺度度内内（600/min)将将非非晶晶带带升升温温到到硬硬磁磁相相晶晶化化温温度度进进行行短短时时间间保保温温，并并快快速速冷冷却却，让让硬硬磁磁相相和和软软磁磁相相同同时时析出。析出。有利于减小有利于减小-Fe相的晶粒尺寸相的晶粒尺寸3）磁场热处理法）磁场热处理法*外加磁场可以细化晶粒，并使晶化相均匀分布外加磁场可以细化晶粒，并使
36、晶化相均匀分布3.5.5 Sm-Fe-N系永磁材料系永磁材料*Nd-Fe-B永磁材料永磁材料优点：磁性能好，价格低廉，资源丰富优点：磁性能好，价格低廉，资源丰富 缺点：磁性温度稳定性差；抗腐蚀性差缺点：磁性温度稳定性差；抗腐蚀性差*Sm2Fe17Nx：MS1.54T，TC470，各向异性场为，各向异性场为14T Nd-Fe-B：MS1.6T，TC312，各向异性场为，各向异性场为8T一、一、Sm2Fe17Nx合金的晶体结构和磁性能合金的晶体结构和磁性能*具具有有与与其其母母合合金金Sm2Fe17相相同同的的菱菱形形Th2Zn17型型结结构构，只只是是点阵常数点阵常数a、c和晶胞体积和晶胞体积V
37、发生了变化发生了变化 对磁性有很大影响对磁性有很大影响*通通常常情情况况下下，由由于于氮氮化化过过程程进进行行的的不不完完全全，一般般用用Sm2Fe17Nx(0 x 3)来表示氮化后的产物。来表示氮化后的产物。二二、Sm2Fe17化合物化合物的氮化过程的氮化过程*此气此气-固反应包括以下几个过程：固反应包括以下几个过程：1)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。2)N2或或NH3分分解解出出N原原子子和和H原原子子，N原原子子和和H原原子子在在金金属属表表面产生化学吸附。面产生化学吸附。3)N原子和原子和H原子进入金属内部。原子进入金属内
38、部。4)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。5)形成氮化相。形成氮化相。6)N原子从氮化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。*Sm2Fe17Nx化化合合物物是是Sm2Fe17与与含含氮氮气气体体发发生生气气相相-固固相相反反应应而生成的，含氮气体可以是而生成的，含氮气体可以是N2，N2H2，NH3，或，或NH3H2。*反应温度提高反应温度提高 扩散系数扩大；氮化产物的分解扩散系数扩大；氮化产物的分解综综合合考考虑虑两两种种因因素素，氮氮化化温温度度一一般般选选择择在在500左左右右。但但此此时时扩扩散散系系数数小小，氮氮化化速速度度缓缓慢慢，为为了了缩缩短短氮氮化化时时间间，氮氮化化前前必须把必须把Sm2Fe17化合物研磨至化合物研磨至10 m左右。左右。*难题：如何在短时间内氮化得到高性能的难题：如何在短时间内氮化得到高性能的Sm2Fe17Nx磁体。磁体。三三、Sm2Fe17的制造工艺的制造工艺*Sm2Fe17Nx磁粉只能用于制造粘结永磁体磁粉只能用于制造粘结永磁体(高温时氮化物分解高温时氮化物分解)制制造造方方法法：熔熔体体快快淬淬法法、机机械械合合金金化化法法、HDDR法法、粉粉末末冶冶金法金法结束！结束！