（材料物理与化学专业论文）烧结ndfeb永磁材料显微结构优化与性能研究.pdf

摘要 摘要 烧结n d f e b 磁体是具有高磁性能和高性价比的新一代稀土永磁材料，广泛应用于各 种高新技术领域。然而，矫顽力低、温度稳定性差和易腐蚀的缺点严重限制了其进一步发 展和在各种重要领域的应用。烧结n d - f e b 材料的性能除与磁体成分直接相关外，显微结 构也是一个重要的影响因素。因此，如何通过调整磁体显微结构来提高其综合性能是一个 兼具重要理论和实际意义的科学问题。 从调整和改善烧结n d f e b 材料的显微结构出发，本文系统研究了晶界改性对材料磁 性能、耐腐蚀性能和温度稳定性的影响，建立了纳米添加物在磁粉表面的理想分布模型， 结合热力学计算，揭示了不同纳米添加物对主相n d 2 f e l 4 b 晶粒尺寸、分布形态及主相富 n d 相的界面结构的影响机制及其对磁体性能的作用机理；同时，通过气流磨过程中回收 超细磁粉的晶界添加，明确了磁体性能和显微结构随添加量的变化规律，为降低磁体成本 提供理论依据；此外，在研究磁体温度系数随其内禀性能和结构因素变化规律的基础上， 掌握了高温度稳定性烧结n d f e b 磁体的设计原则，并成功制备出低温度系数磁体。 本文的主要研究结果如下： 纳米添加物的晶界改性能够同时提高烧结n d f e b 磁体的磁性能和耐腐蚀性能。研究 发现，各种纳米粉的添加都能够提高磁体的矫顽力风i ，其中纳米c u 、s i 0 2 、z n o 和a i n 的晶界添加能够有效细化主相晶粒，并使其分布更加均匀，有效增大了反磁化畴的形核场； 纳米c u 、z n 、s i 0 2 和z n o 的晶界添加还能改善晶界富n d 相的性质，使其在主相周围分 布更加均匀，减弱了晶粒间的磁交换耦合作用；而d y 2 0 3 纳米粉的晶界添加，能够使主相 晶粒表面磁硬化。纳米c u 、z n 、s i 0 2 和z n o 的晶界添加促进磁体的烧结致密化，能够有 效提高密度，从而提高磁体的剩磁岛和磁能积( b m 戤；而纳米d y 2 0 3 和a 1 n 的作用则恰 恰相反此外，纳米c u 、z n 、s i 0 2 、z n o 和a i n 的晶界添加能够提高晶界相的电极电位 和优化显微结构，从而抑制磁体的晶间腐蚀，提高了磁体的耐腐蚀性能。 根据热力学分析，阐述了各种纳米粉的添加对晶界富n d 相组成和性质的影响机制。 研究发现，添加的金属c u 纳米粉和z n 纳米粉，在烧结过程中主要与晶界富n d 相发生化 学反应，形成新的晶界相或溶入富n d 相中，而并没有进入主相。热力学计算表明，在晶 界中添加的s i 0 2 和z n o 氧化物纳米粉与n d 在烧结温度下反应生成稳定的n d 2 0 3 颗粒， 以及元素s i 或z n ；n d 2 0 3 颗粒抑制了晶粒长大，s i 和z n 改善了富n d 相的性质，进而优 化了磁体显微结构。根据规则熔体m i e d e m a 理论模型计算，晶界添加的d y 2 0 3 纳米粉与 i i i 浙江人学博士学位论文 富n d 相反应还原生成的d y 易于扩散进入主相晶粒表面生成磁晶各向异性场更大的 d y 2 f e l 4 b ，起到表面磁硬化的作用。 采用气流磨过程中回收的超细磁粉的晶界添加制备了高性能低成本烧结n d f e b 磁 体，并揭示了超细磁粉添加量对磁体性能和显微结构的作用机制。研究表明，气流磨过程 中回收超细磁粉的成分以稀土元素n d 、p r 和d y 为主，在晶界中添加能够提高磁体磁性 能，尤其是矫顽力风j 。超细磁粉的晶界添加能够减缓磁体液相烧结过程中溶质的扩散传 质速度，抑制主相晶粒长大，细化了主相晶粒，提高了反磁化畴的形核场；同时有助于在 主相晶粒表面形成高磁晶各向异性场的d y 2 f e l 4 b 和p r 2 f e l 4 b ，能够起到表面磁硬化的作 用，从而显著提高磁体的矫顽力鼠i ；在添加量低于5w t 时，也能提高磁体的磁能积 m 觚。此外，超细粉的晶界添加还能有效降低磁体的矫顽力温度系数和磁通不可逆损 失h 提高了烧结n d f e b 磁体的温度稳定性。 建立了烧结n d f e b 磁体温度系数与内禀性能和显微结构参量的定量关系，为设计低 温度系数磁体提供了理论指导，并制备出高温度稳定性烧结n d f e b 磁体。通过理论分析 建立了矫顽力可逆温度系数与磁晶各向异性场从和显微结构参量c n a f 的定量关系，发 现玩越高、c n e f r 越大，声就越小。在此基础上，通过成分设计和磁体显微结构优化，成 功制备了低温度系数的烧结n d f e b 磁体，在2 0 1 5 0 温度区间，卢仅为o 3 8 5 ； 且在2 2 0 时，磁体的矫顽力鼠i 仍有5 5 7 k a m ，表明该磁体具有很高的温度稳定性此 外，根据磁体的最高工作温度与的理论关系阐述了烧结n d f e b 磁体矫顽力温度系数对 其最高工作温度的影响规律。在相同的风i 下，最高工作温度随的降低而显著升高，表 明降低是制备高温度稳定性磁体行之有效的方法。 关键词：烧结n d f e b 磁体，显微结构，晶界改性，磁性能，耐腐蚀性能，温度稳定性 i v a b s t r a c t a b s t r a c t s i n t e r e dn d - f e bm a g n e ti san e wg e n e r a t i o no fr a r ee a r t hp e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l w i t ho u t s t a n d i n gm a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dh i g hc o s tp e r f o r m a n c e ，a n dh a sb e e na p p l i e dw i d e l yi n v a r i o u sh i t e c hf i e l d s h o w e v e r , t h ed i s a d v a n t a g e so fl o wc o e r c i v i t y , p o o rt h e r m a ls t a b i l i t y , a n d e a s yc o r r o s i o ns e r i o u s l yr e s t r i c ti t sf u r t h e rd e v e l o p m e n ta n da p p l i c a t i o n i na d d i t i o nt ot h e m a g n e tc o m p o s i t i o n ，m i c r o s t r u c t u r ei sa l s oa ni m p o r t a n tf a c t o ri n f l u e n c i n gt h ep r o p e r t i e so f s i n t e r e dn d f e bm a g n e t s t h e r e f o r e ，h o wt oi m p r o v ei t so v e r a l lp r o p e r t i e st h r o u g ha d j u s t i n g m i c r o s t r u c t u r eo ft h em a g n e ti so fb o t ht h e o r e t i c a la n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e i nt h i sd i s s e r t a t i o n , a i m i n gt oa d j u s ta n dm o d i f yt h em i c r o s t r u c t u r eo fs i n t e r e dn d f e - - b m a t e r i a l s ，t h ee f f e c t so fi n t e r g r a n u l a rp h a s em o d i f i c a t i o no nt h em a g n e t i cp r o p e r t i e s ，c o r r o s i o n r e s i s t a n c ea n dt h e r m a ls t a b i l i t yw e r es y s t e m a t i c a l l yi n v e s t i g a t e d a ni d e a ld i s t r i b u t i o nm o d e lo f n a n o - s i z e da d d i t i v e so nt h es u r f a c eo fm a g n e t i cp o w d e r sw a sp r o p o s e d s e v e r a lp o s s i b l e i n f l u e n c i n gm e c h a n i s m so fd i f f e r e n tn a n o - s i z e da d d i t i v e so ng r a i ns i z ea n d d i s t r i b u t i o no ft h e m a i np h a s en d 2 f e l 4 b ，o nt h ei n t e r f a c es t r u c t u r eo fm a i np h a s e n d r i c hp h a s e ，a n do nt h e p r o p e r t i e so fm a g n e tw e r er e v e a l e do nt h eb a s i so ft h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o n m e a n w h i l e ，t h e v a r i a t i o nl a wo ft h ep r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r eo fm a g n e tw i t ha d d i t i v ec o n t e n to fu l t r a f i n e p o w d e r sw e r em a d ec l e a rb yi n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n f u r t h e r m o r e ，t h r o u g hi n v e s t i g a t i n gt h e v a r i a t i o no ft e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n tw i t hi n t r i n s i cp r o p e r t ya n dm i c r o s t r u c t r a lp a r a m e t e r , t h e d e s i g np r i n c i p l eo fs i n t e r e dn d f e bm a g n e t sw i t l lh i g ht h e r m a ls t a b i l i t yw a ss u g g e s t e d ，a n dt h e m a g n e tw i t hl o wt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n tw a ss u c c e s s f u l l yp r e p a r e d 砀em a i nr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ： b o t ht h em a g n e t i cp r o p e r t i e sa n dc o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fs i n t e r e dn d - f e bm a g n e t sc a nb e i m p r o v e ds i m u l t a n e o u s l yb yt h ei n t e r g r a n u l a rp h a s em o d i f i c a t i o no fn a n o - s i z e da d d i t i v e s t h e r e s u l t ss h o wt h a tt h ea d d i t i o n so fv a r i o u sn a n o p o w d e r sc a na l li m p r o v et h ec o e r c i v i t y 蛾o f m a g n e t s t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n so fc u , s i 0 2 ，z n oa n da i nn a n o p o w d e r sc a l lr e f i n et h e g r a i n so fm a i np h a s ee f f e c t i v e l ya n dm a k et h e md i s t r i b u t em o r eh o m o g e n e o u s l y , i n c r e a s i n gt h e n u c l e a t i o nf i e l do fr e v e r s e dd o m a i n t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n so fc u , z n ，s i 0 2a n dz n o n a n o p o w d e r sc a na l s oi m p r o v et h ec h a r a c t e r i s t i c so fn d r i c hp h a s e ，a n dm a k e i td i s t r i b u t em o r e h o m o g e n e o u s l ya r o u n dt h em a i np h a s e ，w e a k e n i n gt h em a g n e t i ce x c h a n g ec o u p l i n gi n t e r a c t i o n v 浙江大学博 ：学位论文 t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n so fd y 2 0 3n a n o p o w d e r sc 8 1 1h a r d e nt h eg r a i ns u r f a c eo ft h em a i n p h a s e t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n so fc u ，z n ，s i 0 2a n dz n on a n o p o w d e r sc a np r o m o t et h e s i n t e r i n gd e n s i f i c a t i o no fm a g n e t s ，i n c r e a s i n gt h em a g n e td e n s i t ye f f e c t i v e l y , t h e r e b yi m p r o v i n g t h er e m a n e n c eb ra n dm a g n e t i ce n e r g yp r o d u c t ( b h ) m 孤；w h e r e a st h ea d d i t i v e so fd y 2 0 3a n d a 1 nn a n o p o w d e r sp l a y e da l lo p p o s i t er o l e f u r t h e r m o r e ，a l lt h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o n so fc u ， z n ，s i 0 2 ，z n oa n da i nn a n o p o w d e r sc a ni n c r e a s et h ee l e c t r o d ep o t e n t i a lo ft h ei n t e r g r a n u l a r p h a s ea n do p t i m i z et h em i c r o s t r u c t u r e ，c o n s e q u e n t l yi n h i b i t i n gi n t e r g r a n u l a rc o r r o s i o na n dt h u s i m p r o v i n gt h ec o r r o s i o nr e s i s t a n c eo fm a g n e t o nt h eb a s i so ft h e r m o d y n a m i ca n a l y s i s ，t h e i n f l u e n c i n gm e c h a n i s m o fv a r i o u s n a n o p o w d e r sa d d i t i o no nt h ec o m p o s i t i o na n dt h ep h y s i c o - c h e m i c a l c h a r a c t e r i s t i c so ft h e i n t e r g r a n u l a rn d r i c hp h a s eh a v e b e e nd e s c r i b e d i ti s f o u n dt h a tt h ea d d e dc ua n dz n n a n o p o w d e r sr e a c t e dm a i n l yw i mt h ei n t e r g r a n u l a rn d r i c hp h a s et of o r mn e wg r a i nb o u n d a r y p h a s eo rd i s s o l v e di n t ot h en d - r i c hp h a s ed u r i n gs i n t e r i n g b o t ho ft h e md on o te n t e rt h em a i n p h a s e t h e r m o d y n a m i cc a l c u l a t i o n ss h o wt h a ts i 0 2a n dz n on a n o p o w d e r sa d d e di n t og r a i n b o u n d a r i e sr e a c tw i t hn d - r i c hp h a s ea n df o r mn d 2 0 3p a r t i c l e s a sw e l la st h ee l e m e n t ss io rz n a tt h es i n t e r i n gt e m p e r a t u r e t h e s en d 2 0 3p a r t i c l e sc a ni n h i b i tt h eg r a i ng r o w t ho ft h em a i n p h a s e ，w h i l es ia n dz nc a ni m p r o v et h ep h y s i c o c h e m i c a lc h a r a c t e r i s t i c so ft h en d - r i c hp h a s e ， c o n s e q u e n t l yo p t i m i z i n gt h em i c r o s t r u c t u r e a c c o r d i n gt ot h em i e d e m at h e o r e t i c a lm o d e l sf o r t h er e g u l a rm e l t ，d yf o r m e dt h r o u g hr e d u c t i o nr e a c t i o nb e t w e e nd y 2 0 3a n dt h en d r i c hp h a s e c a ne a s i l yd i f f u s ei n t ot h em a i np h a s eg r a i ns u r f a c et of o r md y 2 f e l 4 bw i t hh i g h e r m a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p yf i e l d ，p l a y i n gar o l eo fs u r f a c em a g n e t i ch a r d e n i n g t h eh i g hp e r f o r m a n c e ，l o wc o s ts i n t e r e dn d - f e - bm a g n e th a sb e e np r e p a r e dt h r o u g h i n t e r g r a n u l a ra d d i t i o no fu l t r a f i n ep o w d e r sr e c y c l e dd u r i n gj e t - m i l l i n gp r o c e s s t h ei n f l u e n c i n g m e c h a n i s mo fa d d i t i v ec o n t e n to fu l t r a f l n ep o w d e r so nt h ep r o p e r t i e sa n dm i c r o s t r u c t u r ei sa l s o r e v e a l e d t h er e s u l t ss h o wt h a tt h ec o m p o s i t i o no fu l t r a f i n ep o w d e r sc o n s i s t sm a i n l yo fr a r e e a r t he l e m e n t so fn d ，p ra n dd y t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o nc a ni m p r o v et h em a g n e t i cp r o p e r t i e s ， e s p e c i a l l yt h ec o e r c i v i t y 战t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o no fu l t r a f i n ep o w d e r sc a nd e c r e a s et h e d i f f u s i o nm a s st r a n s f e rr a t eo fs o l u t ed u r i n gs i n t e r i n g ，h i n d e r i n gt h eg r a i ng r o w t ho ft h em a i n p h a s e ，a n dt h u si m p r o v i n gt h en u c l e a t i o nf i e l do f r e v e r s e dd o m a i n t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o no f u l t r a f i n e p o w d e r s i s h e l p f u l t ot h ef o r m a t i o no fd y a f e i 4 ba n dp r 2 f e l 4 bw i t hh i g h e r v l a b s t r a c t m a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p yf i e l do nt h eg r a i ns u r f a c eo ft h em a i np h a s e ，p l a y i n gar o l eo f s u r f a c em a g n e t i ch a r d e n i n g ，c o n s e q u e n t l yi m p r o v i n gt h ec o e r c i v i t y 风o fm a g n e ts i g n i f i c a n t l y w h e nt h ea d d i t i v ec o n t e n ti sb e l o w5 埘，t h em a g n e t i ce n e r g yp r o d u c t ( b 仞m a xc a l la l s ob e i m p r o v e d m o r e o v e r , t h ei n t e r g r a n u l a ra d d i t i o no f u l t r a f i n ep o w d e r sa l s or e s u l t si nt h ed e c r e a s e o ft h et e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to fc o e r c i v i t yba n dt h ei r r e v e r s i b l ef l u xl o s sh i 订，w h i c hi m p r o v e s t h et h e r m a ls t a b i l i t yo fs i n t e r e dn d - f e bm a g n e t s t h eq u a n t i t a t i v er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n ta n di n t r i n s i cp r o p e r t ya n d m i c r o s t r u c t r a l p a r a m e t e rh a sb e e ne s t a b l i s h e d ，w h i c hp r o v i d eat h e o r e t i c a lg u i d a n c ef o r d e s i g n i n gl o wt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n tm a g n e t s i n t e r e dn d f e bm a g n e tw i t l lm g ht h e r m a l s t a b i l i t yh a sa l s ob e e np r e p a r e d t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to fc o e r c i v i t y pa n dm a g n e t o c r y s t a l l i n ea n i s o t r o p yf i e l dh aa n dm i c m s t r u c t r a lp a r a m e t e rc n c f fh a v eb e e n e s t a b l i s h e dt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y s i s ，i ti sf o u n dt h a tt h eh i g h e r 巩i sa n dt h eb i g g e rc n e f fi s ， t h es m a l l e r i s b a s e do nt h i s ，t h es i n t e r e dn d - f e bm a g n e t 谢t l ll o wt e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n t h a v eb e e ns u c c e s s f u l l yp r e p a r e dt h r o u g hc o m p o s i t i o nd e s i g na n dm i c r o s t r u c t u r eo p t i m i z a t i o n ，b i so n l y - 0 3 8 5 a tt h et e m p e r a t u r ei n t e r v a lo f2 0 - 1 5 0 i t sc o e r c i v i t y 风c a nr e a c h5 5 7 k a ma t2 2 0 ，i n d i c a t i n gt h a tt h em a g n e tp o s s e s s e sv e r yh i g ht h e r m a ls t a b i l i t y f u r t h e r m o r e ， a c c o r d i n gt ot h et h e o r e t i c a lr e l a t i o n s h i pb e t w e e nh i g h e s to p e r a t i n gt e m p e r a t u r ea n d ，t h e i n f l u e n c eo ft e m p e r a t u r ec o e f f i c i e n to fc o e r c i v i t yf o rs i n t e r e dn d - f e - - bm a g n e t so nt h eh i g h e s t o p e r a t i n gt e m p e r a t u r ei sd e s c r i b e d a tt h es a m e 蛾，t h eh i g h e s to p e r a t i n gt e m p e r a t u r ei n c r e a s e s s i g n i f i c a n t l yw i t ht h ed e c r e a s eo f8 ，s u g g e s t i n gt h a td e c r e a s i n g8i s a l le f f e c t i v em e t h o dt o p r e p a r em a g n e t w i t hh i g ht h e r m a ls t a b i l i t y k e y w o r d s ：s i n t e r e d n d - f e b m a g n e t ，m i c r o s t r u c t u r e ，i n t e r g r a n u l a rp h a s em o d i f i c a t i o n ， m a g n e t i cp r o p e r t i e s ，c o r r o s i o nr e s i s t a n c e ，t h e r m a ls t a b i l i t y v i i 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：幂配赴 签字日期：。哆年占月z 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝姿态堂有权保留并向国家有关部门或机构送交本 论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝江盘鲎可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影印、缩印或扫描等复制下段 保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 枯礁炙 刷醛轹么易 签字日期： 叶年多月易 日签字日期： 沙彳年6 月乡日 致谢 致谢 本论文是在导师严密教授的悉心指导下完成的。导师崇高的敬业精神、渊博的学识、 严谨的治学态度和宽以待人的崇高品德，使我终生受益。天涯海角有尽处，只有师恩无穷 期。值此论文完成之际，谨向我的导师严密教授致以崇高的敬意和衷心的感谢! 在课题研究过程中，还得到罗伟副教授、吴进明副教授、马天宇老师大量的帮助和指 导，在理论和实验上使我学到了很多，在此向他们表示诚挚的谢意! 同时，非常感谢邬震 泰、黄玉珍、应窕等老师在实验过程中给予的帮助和宝贵建议。 在课题组学习工作的五年间，非常感谢课题组中每一位给予我关心和帮助的同学：姚 金雷、汤会香、王晨、胡军、应华根、于濂清、马建勋、毛昌森、王伟、彭晓领、赵娣、 刘志庄、蔡加召、吴磊、夏华、贺雪峰、李淼、顾浩、张晶晶、宋小梅、师伟堂、赵青、 ( 大) 王伟、( 小) 王伟、王庆伟、齐娜乔、张天伟、黄兵、陶珊、倪俊杰、涂少军、周向志、 许云伟、许盼盼、陈先艳、祁彬、孙莹、贺爱娜、张昌盛、刘君虎、吴叶仁、童辉、唐明 早及其他各位同学。与他们共同度过了一段难忘的奋斗日子，给我留下了许多美好的回忆。 同时，本论文的实验得到了浙江英洛华磁业有限公司的大力支持，在此表示诚挚谢意。 特别感谢任强民部长、陆枝建厂长给予的关心和帮助 最后，感谢我的父母，感谢他们给予我的支持与鼓励、理解与宽容，帮助我顺利完成 学业。还要感谢所有一直关心爱护我的亲人和朋友们。路遥漫漫，仰之弥高，钻之弥坚， 带着所有人的期盼，我会继续前行。 再次向所有关心帮助我的人致以最诚挚的谢意! 崔熙贵 2 0 0 9 年4 月于求是园 绪论 第1 章绪论 1 1 永磁材料概述 永磁材料是磁性材料的一种，其在人类历史上发现和使用都最早。永磁材料是指经外 磁场充磁并撤掉外磁场后，仍能保持足够的能量对外产生很强磁场的磁性材料，其具有剩 磁研和磁能积( b m 越高、矫顽力风大和稳定性好等特点【永磁材料发展非常迅速，其 发展历程如图1 1 所示【2 】。随着永磁材料的发展，其种类不断增多，大体可分为金属永磁 材料( 如c 钢，c r 钢，c o 钢，w 钢，a l n i c o ) ，铁氧体永磁材料( 如钡铁氧体和锶铁氧体) 和稀土永磁材料( 如s m c 0 5 ，s m 2 c o l 7 ，n d f e b ) 三大类。永磁材料的更新换代不仅扩大了 其应用领域，而且推动了相关技术和产业的不断发展。永磁材料已广泛应用于电机、微波 通讯、扬声器、交通运输、仪器仪表等领域【1 1 ，并已成为促进各种高新技术与新兴产业发 展以及社会进步的重要物质基础之一 图1 1 永磁材料的发展历程 f i g 1 1d e v e l o p m e n tp r o c e s so fp e r m a n e n tm a g n e t s 稀土永磁材料是由4 f 稀土金属元素( s m 、n d ) 与3 d 过渡族金属元素( f e 、c o ) 形成。稀 土永磁材料是二十世纪六十年代后出现并开始研究和发展的，至今已开发了s m c 0 5 系、 s m 2 c o l 7 系和n d 2 f e l 4 b 系三代，它们的出现不断将永磁性能推至新的水平。 ( 1 ) s m c 0 5 系永磁材料 l 一叶_葺、_v_u=宅。i山ci。霉固 浙江大学博， ：学位论文 1 9 6 7 年，s t m a t 等人【3 1 研究得出r c 0 5 金属间化合物具有高的单轴各向异性和高的饱和 磁化强度，并首次通过磁场下的粉末模压制造出s m c 0 5 、y c 0 5 和( c e m m ) c 0 5 粘结永磁体， 其中s m c 0 5 的最大磁能积( b m 戤高达4 0 6k j m 3 。1 9 6 8 年，b u s c h o w 等人【4 】采用等静压工艺 制造出相对密度达到9 5 的s m c 0 5 永磁体，磁能积( 明) m 缸为1 4 4 7k j m 3 ，提高了约2 6 倍， 创造了永磁材料磁性能的记录。由此，第一代稀土永磁材料诞生。1 9 6 9 年，s m c 0 5 烧结磁 体由d a s 采用粉末冶金工艺制得，磁能积相对于等静压磁体提高了1 4 3k j m 3 f 5 1 。随着制备 工艺的不断完善和成熟，s m c 0 5 永磁体于二十世纪七十年代已经商业化【6 1 。 ( 2 ) s m 2 c 0 1 7 系永磁材料 s m c o 。磁体中稀缺昂贵元素c o 的含量高达6 6w t ，为此，人们进行广泛的研究，以期 取代c o 元素。在此过程中，研究者制造出了s m 2 c 0 1 7 永磁体，具有优异的内禀性能，饱和 磁化强度聪和磁晶各向异性场取分别为1 2 5t 和1 0t ，居里温度疋更是高达9 1 6 c t 7 1 ，非 常适合高温应用。1 9 7 7 年，o j i m a m , , , t 8 】通过粉末冶金工艺制备出s m ( c o ，c u ，f e ，z r ) 7 2 磁体， 最大磁能积( 朋) m a x 达蛰j 2 3 9k j i n 3 ，刷新了永磁材料磁能积的最高记录，这成为第二代稀土 永磁材料。 ( 3 ) n d 2 f e l 4 b 系永磁材料 1 9 8 4 年，c r o a t ，k o o n 和h a 由i p a i l y i s 等人【9 1 几乎同时报道可采用快淬热处理工艺制 备出具有较高磁能积的高矫顽力n d f e b 或p r - f e b 永磁体，其中p r f e b 磁体矫顽力相对更 高。同年，日本的s a g a w a 等人f 1 2 】采用粉末冶金工艺制备出最大磁能积( b 仞m 舣高达2 9 0k j m 3 的n d l 5 f e 7 7 8 8 烧结磁体，这标志着第三代稀土永磁材料的诞生。n d f e b 永磁材料的磁性能 主要来源于四方结构的主相n d 2 f e l 4 b ，其磁晶各向异性场巩约6 7t ，饱和磁极化强度乓约 1 6t ，最大磁能积( 删) m 觚的理论值为5 1 2k j m 3 ，远高于s m c 0 5 与s m 2 c o l 7 两种稀土永磁材 料的理论磁能积f 1 3 】。 1 2 烧结n d f e b 永磁材料发展现状 烧结n d f e b 磁体是以n d 2 f e l 4 b 化合物为基体的新一代稀土永磁材料，其具有磁性 能高、热膨胀系数小和价格低等优点。表1 1 给出了不同永磁材料的内禀性能，可以看出， n d 2 f e l 4 b 化合物的内禀磁性能是最好的，这就决定了烧结n d f e b 永磁材料的磁性能是最 高的【1 4 】。与铁氧体和钐钻永磁材料相比，烧结n d f e b 永磁材料的磁性能分别高约1 0 倍 和1 倍，同时，矫顽力和磁能积也显著高于铝镍钴永磁材料【”】。除了最好的磁性能外，烧 结n d f e b 永磁材料的力学性能也比其他永磁材料更好，更易于加工；而且线膨胀系数也 绪论 更小【1 6 】。烧结n d f e b 永磁材料在垂直c 轴取向方向上的线膨胀系数非常低，仅有0 5 x 1 0 6 c ( 0 2 0 0 范围) ，远低于其他永磁材料，这说明其更加适合应用于动态精密机械中。此 外，烧结n d f e b 永磁材料还具有价格上的优势，因为其不含战略性元素c o 和n i 等，所 以其价格较s m c o 和a l n i c o 更低。烧结n d f e b 永磁体由于优异的性价比而迅速产业化， 迄今为止，已成为发展最快、应用最广的永磁材料。 表1 1 不同永磁材料的内禀性能【1 4 】 t a b l e1 1i n t r i n s i cm a g n e t i cp r o p e r t i e so fv a r i o u sp e r m a n e n tm a g n e t i cm a t e r i a l s 毒 图1 2 烧结n d f e b 永磁材料最大磁能积的发展 f i g 1 2d e v e l o p m e n to fm a x i m u mm a g n e t i ce n e r g yp r o d u c to fs i n t e r e dn d f e - bm a g n e t s 浙江人学博1 ：学位论文 经过二十多年的努力，烧结n d f e b 磁体的最大磁能积得到了很大的发展，已由1 9 8 4 年报道的2 9 0k j m 3 ( 3 6 4m g o e ) 提高到4 7 4k j m 3 ( 5 9 5m g o e ) ，翻了约一倍，已达到理论最 大磁能积的9 3 ，如图1 2 所示【1 2 1 7 1 。目前，企业批量生产磁体的最大磁能积也已达到 4 1