1、l3.1 概述l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料l3.1 概述 （一）定義，基本要求，用途 （二）發展歷史 （三）分類l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料 永磁材料 具有高矯頑力，高剩磁的磁性材料稱為永磁材永磁材料料，也叫硬磁硬磁或者恒磁材料恒磁材料。（一）定義，基本要求，用途（一）定義，基本要求，用途 永磁材料的主要用途 利用永磁體在氣隙

2、中產生足夠利用永磁體在氣隙中產生足夠強的磁場強的磁場，利用磁極與磁極的相互作用，磁場對帶電物體或載流導體的相互作用做功，實現能量，信息的轉換。Hg：磁場強度磁場強度Bm ：磁感強度磁感強度Hm：磁場強度磁場強度Vm：磁鐵的體積：磁鐵的體積 Vg：氣隙的體積氣隙的體積最大磁能積最大磁能積(BH)max：退磁曲線上磁能：退磁曲線上磁能積最大的一點，工程應用中通常將積最大的一點，工程應用中通常將(BH)max稱為磁能積。稱為磁能積。2/10)(gmmmgVVHBH永磁材料的基本要求：1.Br要高2.Hc要高3.最大磁能積(BH)m要高4.Tc要高 l3.1 概述 （一）定義，基本要求，用途 （二）發

3、展歷史 （三）分類l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料早期永磁材料是碳鋼，早期永磁材料是碳鋼，后來加入后來加入C,W，Cr，Al等形成磁鋼等形成磁鋼1931年，鑄造鐵鎳鋁合年，鑄造鐵鎳鋁合金，之后加入各種添加金，之后加入各種添加元素如鈷、銅、鈦、鈮元素如鈷、銅、鈦、鈮等而發展成為牌號為等而發展成為牌號為AlNiCo5、AlNiCo8的的鋁鎳鈷合金鋁鎳鈷合金60年代初出現的稀土鈷永年代初出現的稀土鈷永磁合金，磁合金，RCo5(R代表稀土代表稀土元素元素)稱為第一代稀土永

4、磁稱為第一代稀土永磁1983年，出現了以年，出現了以Nd-Fe-B為為代表的第三代稀土永磁材料代表的第三代稀土永磁材料間隙稀土金屬間化合物永磁材料；間隙稀土金屬間化合物永磁材料；納米晶復合交換耦合永磁材料。納米晶復合交換耦合永磁材料。R2CO17稱為第二代稀土永磁稱為第二代稀土永磁（三）永磁材料種類：（三）永磁材料種類： 金屬永磁材料（金屬永磁材料（FeNiAl，AlNiCo等）等） 鐵氧體永磁材料（鐵氧體永磁材料（MOxFe2O3） 稀土永磁材料（稀土永磁材料（Nd-Fe-B等）等） 雙相納米晶復合永磁材料雙相納米晶復合永磁材料l3.1 概述l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金l3

5、.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料 FeNiAl和AlNiCo： 在Fe-Ni-Al三元合金的基礎上發展起來的鑄造永磁合金 主要成分：Fe，Ni，Al，（可加入Co，Cu，或Mo，Ti） FeNiAl常用成分：Fe-25at%Ni-25%Al 1相是鐵磁相相是鐵磁相 2相為相為NiAl弱磁相。弱磁相。相是相是Ni基弱磁相。基弱磁相。圖上虛線表示常用的圖上虛線表示常用的Fe-Ni-Al合合金成分，它在金成分，它在1400附近成附近成 相，相，900附近產生附近產生1+ 2轉變。轉變。Fe-5%Al47.5%Ni-Al

6、lAlNiCo合金：l相圖特征，相結構，相轉變和磁硬化機理與FeNiAl合金相同 l各相存在的溫度范圍及居里溫度有所不同lAlNiCo5：24%Co，14%Ni，8%Al，3%Cu，余FelAlNiCo8：35%Co，14%Ni，7%Al，4%Cu，5%Ti，余FeAlNiCo合金發生的調幅分解：合金發生的調幅分解： 1(FeCo)+ 2(NiAl) 1：BCC結構，結構，Ms比比FeNiAl材料中的材料中的 更高，更高，Tc870。 2：NiAl根據冷卻過程中加或者不加磁場，可以得到磁各向異性或根據冷卻過程中加或者不加磁場，可以得到磁各向異性或者各向同性的材料。者各向同性的材料。磁場熱處理磁

7、場熱處理 Alnico5合金經冶煉、鑄造合金經冶煉、鑄造 固溶處理：固溶處理：200 冷卻：冷卻：1100-850：大于：大于0.1/s的速度冷卻，的速度冷卻，900-850：160-420kA/m的磁場的磁場，磁場磁場 中以中以(0.1-1.0/s)冷卻至冷卻至200回火：回火： 600回火回火5-10hr經磁場熱處理后，經磁場熱處理后， 1+ 2兩相已經形成，兩相已經形成，但成分差別較小，還需經過時效處理，使但成分差別較小，還需經過時效處理，使 1相更加富相更加富Fe、Co， 2相更加富相更加富Ni、Al，兩相的成分差、磁性差加大，兩相的成分差、磁性差加大，Hc提高。提高。AlNiCo永磁

8、體的制備工藝簡圖永磁體的制備工藝簡圖24Co-14Ni-8Al-3Cu-Fe（AlNiCo5）性能：）性能：Br=1.29T，Hcb=52.0kA/m, (BH)m=40.0kJ/m3（磁場熱處理）（磁場熱處理）Br=0.87T, Hcb=47.2kA/m, (BH)m=17.1kJ/m3（未經過磁場熱處理）（未經過磁場熱處理）l磁場處理能夠提高AlNiCo磁性能的原因：100是是 1和和 2相的慣習面相的慣習面如果不進行磁場處理，則如果不進行磁場處理，則 1相是相互正交相是相互正交 1相的相的Tc高于磁場處理和相分解溫度，高于磁場處理和相分解溫度， 1相一析出就是鐵相一析出就是鐵磁性磁性 1

9、相優先沿與磁場方向平行的相優先沿與磁場方向平行的 2相的相的(100)面析出，與磁場面析出，與磁場垂直或成一定角度的那些垂直或成一定角度的那些(100)面上的面上的 1相的析出受到一定相的析出受到一定程度的抑制程度的抑制得到了伸長形的得到了伸長形的 1相顆粒沿磁場方向規則排列的顯微組織相顆粒沿磁場方向規則排列的顯微組織得到各向異性的得到各向異性的AlNiCo永磁體，其磁性能大大地提高永磁體，其磁性能大大地提高)(1 )()(1 (2221DDMMMNNpApHpsdLciA：取向因子取向因子p： 2相體積百分數相體積百分數NL、Nd： 1相長軸和短軸方向的退磁因子相長軸和短軸方向的退磁因子M1

10、、M2： 1相和相和 2相的飽和磁化強度相的飽和磁化強度Ms：合金的飽和磁化強度合金的飽和磁化強度Dp： 相單疇粒子由鐵磁性轉變為順磁性的臨界尺寸相單疇粒子由鐵磁性轉變為順磁性的臨界尺寸D： 1相單疇顆粒的尺寸相單疇顆粒的尺寸回火處理的目的是擴大（回火處理的目的是擴大（NL-Nd）和（）和（M1-M2)的差的差值，從而進一步提高矯頑力。值，從而進一步提高矯頑力。矯頑力：矯頑力：lAlNiCo8： 在AlNiCo5合金的基礎上，提高Co含量，同時加入少量的Ti，同時調整Ni和Al的含量就可以得到FeNiCo8合金。lAlNiCo8：35%Co，14%Ni，7%Al，4%Cu，5%Ti，余FelA

11、lNiCo8的固溶溫度一般為1300左右，為了避免相的析出，AlNiCo8的冷卻速度要比AlNiCo5的冷速快，以約200/min的冷速冷到850，施加160kA-420KA/m，冷卻到800 左右進行等溫磁場處理。（由于Co含量的增加，亞穩分解速度減小，故在800左右進行等溫磁場處理）。AlNiCo永磁體的制備工藝簡圖永磁體的制備工藝簡圖改進改進AlNiCo鑄造方式，采用蜂窩狀的鑄鑄造方式，采用蜂窩狀的鑄模。模。在高溫鑄模內鋼液自下而上結晶，從而在高溫鑄模內鋼液自下而上結晶，從而得到平行棒狀樣品軸向的柱狀晶。對于得到平行棒狀樣品軸向的柱狀晶。對于AlNiCo合金來說合金來說100是優先生長方

12、向，是優先生長方向，因此柱狀晶的因此柱狀晶的100軸與樣品軸平行。在軸與樣品軸平行。在磁場處理時，沿樣品軸向加磁場，從而磁場處理時，沿樣品軸向加磁場，從而提高了提高了 1相的取向因子相的取向因子A，并擴大了，并擴大了(NL-Nd)的差值，因此柱狀品的差值，因此柱狀品AlNiCo樣品的樣品的磁性能大大提高。磁性能大大提高。24Co-14Ni-8Al-3Cu-Fe（AlNiCo5）性能：）性能：Br=0.87T, Hcb=47.2kA/m, (BH)m=17.1kJ/m3（未經過磁場熱（未經過磁場熱處理）處理）Br=1.29T，Hcb=52.0kA/m, (BH)m=40.0kJ/m3（磁場熱處理

13、）（磁場熱處理）Br=1.33T，Hcb=56.064.0kA/m, (BH)m=5664kJ/m3（柱晶）（柱晶）l3.1 概述概述l3.2 FeNiAl, AlNiCo永磁合金永磁合金l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金稀土永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料雙相納米晶復合永磁材料l70年代發展起來的永磁材料l基本成分為：2033Cr，325Co，其余為鐵l改變組分含量、特別是Co含量或添加其他元素如Ti等，可改善其永磁性能l通常添加的元素有Mo、Si、V、Nb、Ti、W等l3.1 概述概述l3.2 FeNi

14、Al, AlNiCo永磁合金永磁合金l3.3 Fe-Cr-Co可加工永磁合金可加工永磁合金l3.4 稀土永磁合金稀土永磁合金 （一）簡介（一）簡介 （二）（二）SmCo5永磁材料永磁材料 （三）（三）NdFeB永磁合金永磁合金l3.5 鐵氧體永磁材料鐵氧體永磁材料l3.6 雙相納米晶復合永磁材料雙相納米晶復合永磁材料（一）簡介（一）簡介 稀土永磁合金的特點：l磁晶各向異性能（K）和磁彈性能（）很大 六角晶系，四方晶系，強烈的單軸各向異性SmCo5型晶體結構（型晶體結構（a）和單位晶胞（）和單位晶胞（b）SmCo5的性能：的性能：Br=0.80.95T，Hcb=557756kA/m, (BH)m

15、=135159kJ/m3 若采用強磁場取向等工藝：若采用強磁場取向等工藝：Br=1.07T，Hcb=851.7kA/m, (BH)m=227.6kJ/m3成分對成分對SmCo5的性能的影響：的性能的影響： 生產上采用富生產上采用富Sm成分，避免成分，避免Sm2Co17的生成的生成 富富Sm時燒結性好，容易獲得高密度時燒結性好，容易獲得高密度 已經實用的燒結永磁體： SmCo5，CeCo5，PrCo5 ReCo5的缺點：磁感溫度系數過高 改進：用重稀土元素部分地取代RECo5中的輕稀土元素Sm-Co永磁局限性：永磁局限性：Sm（在稀土礦中（在稀土礦中Sm含量僅有含量僅有0.53）含有昂貴的戰略金

16、屬含有昂貴的戰略金屬Co1983年日本住友金屬公司發現年日本住友金屬公司發現NdFeB系永磁材料系永磁材料l優點： 1. 磁能積高磁能積高， (BH)m =290kJm3 (BH)m433.62kJ m3 2. 矯頑力矯頑力達到了2400kAm 3. 價格便宜價格便宜，Nd和Fe的資源豐富(在稀土礦中含有1320%的Nd)，價格便宜。l缺點： 居里溫度低居里溫度低：Tc3l0 溫度穩定性差溫度穩定性差 耐蝕性，抗氧化性差耐蝕性，抗氧化性差（1）Nd-Fe-B 的相結構和組成的相結構和組成 Nd-Fe-B優異的性能主要來源于成分為優異的性能主要來源于成分為Nd2Fe14B的的磁性相。實際上，許多

17、稀土元素都和磁性相。實際上，許多稀土元素都和Fe，B形成類似形成類似的相。該相為四方相，每個單胞由的相。該相為四方相，每個單胞由4個個Nd2Fe14B分子分子組成。組成。B的作用：的作用：少量的少量的B進入進入NdFe合金合金后，不僅使得結構從六后，不僅使得結構從六角結構變成四角，而且角結構變成四角，而且易磁化軸也轉到易磁化軸也轉到C軸上，軸上，從而使釹鐵硼成為高性從而使釹鐵硼成為高性能永磁材料。能永磁材料。（2） Nd-Fe-B的微觀組織的微觀組織1. Nd2Fe14B 基體相基體相 2. Nd1+ Fe4B4（富（富B相）相）3. 富富Nd相相（Nd1-xFex）lNdFeB合金的矯頑力

18、理論值5.571MA/m，實際值 1.5MA/m，27%lNdFeB合金矯頑力來源： 1. 由晶界或者相界的釘扎場決定 2. 由反磁化疇的形核場決定l合金化改善性能：l提高提高Tc： 加入Co取代部分Fel提高抗腐蝕性能提高抗腐蝕性能： 加入Cr，V，Ni等l改善溫度穩定性改善溫度穩定性： 加入Al，Nb，Ga等（3） Nd-Fe-B 磁體的制備磁體的制備 磁粉的制備磁粉的制備 a. 熔體快淬法熔體快淬法熔體快淬法熔體快淬法冷速：冷速：105-106K/s美國美國GM公司公司非晶態至微晶非晶態至微晶b. 氣體霧化法氣體霧化法日本神戶制鋼所和美國坩堝應用磁性公司日本神戶制鋼所和美國坩堝應用磁性公

19、司表面光滑，呈球狀表面光滑，呈球狀粒徑為粒徑為410umc. 機械合金化機械合金化西門子公司西門子公司充充Ar氣的高能球磨機將原料進行氣的高能球磨機將原料進行球磨，利出產生的高溫讓原料發生球磨，利出產生的高溫讓原料發生固相反應；固相反應； 也可在氬氣中加氫氣，讓磨碎的也可在氬氣中加氫氣，讓磨碎的粉末吸氫使晶粒細化，平均晶粒尺粉末吸氫使晶粒細化，平均晶粒尺寸減到寸減到1um左右，然后對合金粉進左右，然后對合金粉進行熱處理。行熱處理。 d. HDDR法（氫爆）法（氫爆）HDDR流程及所伴隨的反應流程及所伴隨的反應得到粒徑為得到粒徑為300nm的的細小晶粒細小晶粒電子，電氣設備的小型化領域電子，電氣設備的小型化領域Nd-Fe-B 磁體的制備磁體的制備 b. 燒結法燒結法l3.1 概述