磁性材料-第9章-硬磁材料(參考版)
2024-08-20 15:33本頁面
【正文】 NdFeB磁體的性能 NdFeB磁體主要成分為硬磁性的 Nd2Fe14B相，但還包括富Nd相和富 B相，和一些 Nd氧化物及 ?Fe、 FeB、 FeNd等弱磁性和非磁性相； 弱磁性或非磁性相的存在具有隔離或減弱主相磁性耦合的作用，可提高磁體的矯頑力，但以降低飽和磁化強度和剩磁為代價； 同時，磁體的微觀結構以及磁體密度、定向度都會影響 NdFeB磁體的永磁性能 A、成分配方的影響 ?嚴格按照 Nd2Fe14B成分配比所得磁體 永磁性能很低 ，這是因為 液相（富 Nd相）的減少或消失 ，從而導致 燒結體密度下降 （不利于提高 Br）和不能形成 足夠的晶界相 （不利于提高矯頑力 HC）； ?總體原則：實際使用永磁體的 Nd和 B含量分別比 Nd2Fe14B化合物的 Nd和 B的含量多； ? 保持 B含量不變時，若增加 Nd含量，發(fā)現(xiàn)在 Nd含量為 13% ~ 15%時，磁體獲得最高的 Br值，繼續(xù)增加 Nd含量，則 HC?， Br?； ?保持 Nd含量不變時，若增加 B含量，發(fā)現(xiàn)有助于 Nd2Fe14B相的形成，且 B的原子分數(shù)為 6 ~ 8 %時，磁體的 Br和 HC均為最佳值； B、微觀結構和缺陷的影響 ?NdFeB磁體的矯頑力僅為 Nd2Fe14B硬磁性相的理論值的 1/3 ~ 1/5，其原因為 材料的微觀結構和缺陷 所致； ?此處微觀結構包括 晶粒尺寸、取向及其分布、晶粒界面缺陷及耦合狀況 等，它們將影響晶粒間的相互作用，從而使 矯頑力下降 ； ?理想 NdFeB磁體應為： 主相晶粒為單疇粒子 ，且尺寸大小均勻，為橢球狀，結構完整、無缺陷， 晶粒之間被非磁性相隔離 ，彼此之間無相互作用。 Sm(Co,Cu,Fe,M)x永磁合金的顯微結構模型 組織結構 =主相 Sm2(Co,Cu,Fe,M)17 (50nm) +邊界相 Sm(Co,Cu,Fe,M)5 (10nm)胞狀結構 由于 1:5相和 2:17相的疇壁能不同，在磁化或反磁化時， 2:17相中的疇壁被 1:5相釘扎，從而獲得高矯頑力（釘扎機制） Sm2Co17合金矯頑力不依賴于 晶粒大小，而取決于微細的兩相組織結構 五、第三代稀土永磁合金 NdFeB 研發(fā)背景： ?正當稀土鈷永磁合金發(fā)展之際，隨之而來的資源供應問題卻使其難以作為工業(yè)材料大量使用，尋找具有優(yōu)異磁性能的 稀土鐵（ REFe）永磁合金 一直是人們夢寐以求的愿望； ?為獲得大的磁晶各向異性，合金結構必須為六方結構，但除RE2Fe17以外，其他 REFe的化合物都不是六方結構，而 RE2Fe17的居里溫度又太低，且難以抑制 ?Fe相的析出； ?因此必須尋找 REFe二元系的亞穩(wěn)定磁性相或 REFeX三元系的穩(wěn)定磁性相 NdFeB磁體的制備 粘結 NdFeB磁體 燒結 NdFeB磁體 磁粉的制備 磁體的制備 熔體快淬法 HDDR法 氣體噴霧法 機械合金化法 合金熔煉 ?粗破碎 ?細破碎 熔煉甩帶 ?氫爆?氣流磨 Nd2Fe14B相的晶體結構和基本磁特性 ?四方結構，晶格常數(shù) a = nm， c = nm； ?每個單胞包含 4個 Nd2Fe14B，共 68個原子，其中 6種 Fe晶位， 2種稀土晶位和 1種 B晶位； ?沿 c軸有 6層不同的原子面 ， 第一、四層是含 Nd、Fe、 B原子的面 ，其余各層只有 Fe原子； ?Fe原子層面不平行于 c面 ，稍微有些傾斜，而且被含 Nd、 Fe和 B的原子的面隔開成為 位相錯開一半再轉 90?的上下兩部分 ； ?B原子占據(jù) 6個 Fe原子構成的三角柱體的中心位置 A、居里溫度 TC較低 總則： Nd2Fe14B相的居里溫度由不同晶位上的 FeFe、 FeNd和NdNd原子對間的交換作用確定 NdNd(Fe)原子對 Nd原子的 4f態(tài)電子半徑較小 （與 NdNd或 NdFe原子間距相比），故原子之間的交換作用極弱，可忽略不計 FeFe原子對 Fe原子的 3d電子半徑為 ，若FeFe原子間距大于 ，存在正的交換作用，相反若小于 ，則存在負的交換作用； 在 Nd2Fe14B相中， FeFe原子對間距為~，即存在正和負的交換作用，其相互抵消一部分 B、各向異性很強 總則： Nd2Fe14B相在室溫下具有單軸各向異性， c軸為易磁化軸，很強的磁晶各向異性主要歸因于 晶體結構的不對稱性分布 分析 ：（ 1） 各向異性來源于 4g晶位上的 Nd原子 和 k1晶位上的 Fe原子 ； （ 2） 4g晶位上的 Nd所受 晶體場不對稱 ，使 4f電子云的形狀也發(fā)生不對稱變化； （ 3） k1晶位所在平面上方有 6個最近鄰 Fe原子，下方只有一個最近鄰 Fe原子，平面上有 2個 Fe原子（ 晶體場也不對稱 ）； （ 4） 3d的 Fe原子和 4f的 Nd原子的 各向異性具有相同的方向 C、飽和磁化強度很高 總則： Nd2Fe14B晶粒的飽和磁化強度主要是由 Fe原子磁矩決定， Nd原子是輕稀土原子，其磁矩與 Fe原子磁矩平行取向，屬于鐵磁性耦合，對飽和磁化強度也有一定的貢獻； Note： Nd2Fe14B相中， 不同晶位的 Fe原子磁矩不同 ，這與不同晶位 Fe原子所處的局域環(huán)境有關。因此生產 SmCo5合金通常用偏富 Sm的成分，避免生成 Sm2Co17。目前已經確認，從 RTM2到 RTM5之間存在的金屬間化合物有 (5n+4) / (n+2)的關系式，即 n=0時，為 RTM2，而 n=1時，為 RTM3， n=2時，為R2TM7， ……. 當 n=?時，為RTM5 RTM金屬間化合物的磁矩來源于 4f 電子磁矩和 3d電子磁矩的耦合 。因此，在含鈷量較高的合金中，一般情況下很難得到柱狀晶，但
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