快淬釹鐵硼磁粉制備工藝和磁性能的研究

1、浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文 快淬釹鐵硼磁粉制備工藝和磁性能的研究 姓名：段瓔垿申請學(xué)位級別：碩士 專業(yè)：材料加工工程 指導(dǎo)教師：嚴密;羅偉20050601浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文摘浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文摘要快淬釹鐵硼永磁磁粉是制作粘結(jié)磁體的主要原料，近年來，隨著粘結(jié)磁體使 用范圍的迅速擴大，對快淬釹鐵硼磁粉的市場需求也不斷增長。國內(nèi)生產(chǎn)廠家受 設(shè)備條件及專利技術(shù)的限制，雖然價格上占有優(yōu)勢，但磁性能較低，生產(chǎn)規(guī)模較 小，市場競爭力不大。因此，在國產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)基礎(chǔ)上對快淬NdFeB永磁磁粉 的制備工藝和成份設(shè)計進行研究，提高國產(chǎn)磁粉的磁性能是很有必要的。本文在國產(chǎn)電弧溢流式快淬設(shè)備基礎(chǔ)上，采用快淬后晶化處理的

2、方法批量制 備納米NdFeB永磁磁粉。通過X射線衍射(xRD)、掃描電子顯微鏡(SEM)及能 譜分析(EDS)、差示掃描熱分析(DSC)等分析手段著重研究了工藝條件和合金成 分對快淬NdFeB永磁合金組織結(jié)構(gòu)及磁性能的影響。通過對NdIo(FeCoZr)83 586 5合金的快淬和晶化過程中主要參數(shù)變化對磁性能 的影響規(guī)律的研究，確定最佳制備工藝為：04X105Pa氣壓下以17ms速度快淬， 在氬氣保護下經(jīng)700。C晶化2025min。含有部分微晶結(jié)構(gòu)的快淬態(tài)合金經(jīng)快速升 溫晶化得到的磁粉性能最好。對NdFeB合金成分的研究表明，最佳Nd含量為105at；最佳B含量為65at。Zr能夠取代Nd

3、2Fel4B中的Nd原子，提高實際Nd含量，增加硬磁相比 例，改善矯頑力：添加zr能顯著提高NdFeB合金的非晶晶化溫度，抑制aFe 過早析出，細化晶粒，增強軟磁相和硬磁相的交換耦合作用，提高了合金的磁性 能。添加Co不僅能夠提高非晶相穩(wěn)定性，細化晶粒，還可替代Fe原予，增強 鐵磁交換，提高磁體居里溫度。本文研究中，經(jīng)最佳工藝處理后，可獲得較高性能的合金成份及磁性能如下： Nd95Fe764865Zr3 oC04 6合金，Br=842kGs，iHc=913kOe，(BH)m“=1398MGOe； Ndlo 5FesoB6 5Zr3合金，Br=822kGs，iHc=1069kOe，(BH)m“=

4、1352MGOe。關(guān)鍵詞： NdFeB；快淬；晶化；磁性能浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文Abstract浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文AbstractIn recent decades，themarket demand ofbonded NdFeBmagnets hasgrown notably because of hi曲 magnetic and mechanical performance and good machinability,thus ushering the result that the annual output ofNdFeB powderis increasing remarkablyR

5、estricted by the equipment conditions and patent qualification，inlandpowdershavenoconsequenceinmarketSo itS necessaryfor to exploretheeffects andeffeeting mechanismofalloying componentandprocessing parameters magnetic propertiesand microstructureof NdFeB powders，and improvethe magneticpropertiesofin

6、landpowdersNdFeBpermanence powders havebeenpreparedbymelt spinningNdFeBalloy in Ar and subsequentcrystallization at proper temperature forcondign timeThe effects of meltspinningand crystallization processing parameters and alloying component on the performance of Nd-Fe-B powders have been investigat

7、ed systematicallyby the methodsof XRD，TEM，SEM，DSC，TMA and magneticperformancecharacterThe results show that，raidly quenching speed has nearly no influence on magnetic propertiesof the powder annealedin AtCrystallizationprocess has a decisive effect onthe magnetic propertiesofalloysForNdl0(FeCoZr)s35

8、86 alloy, the optimalparameters asfollows：the melt-spinningpressureat 04105Pa，the spinningspeedat 17ms，crystallizationtemperatureat700C andcrystallizationtimefor2025minThe researchonalloyingcomponentshows that，the optimumfraction ofNdis10，5at；the optimumfraction ofBis65atAsto Ndl0(FeZr)s35CoxB65 all

9、oy,theoptimumfraction ofCo is 46atWith substituting Cofor Featom，ferrite-magneticexchangeeffect isenhancedandCurie temperatureofmagnets isincreasedIt call be attribute to some Zr atoms enter theNd2Fel4B lattice and replace positions ofNdatoms，that practical hard magnetic phasecontent increasesand th

10、e coercivity is improved remarkablyWith adulterating Zr to nanocomposite Nd2Fel4BaFe alloys， Nd2Fet4B and dFe phases deposit simultaneously，precipitationgrowingofc-Fephase is delayed，thenthe grains arerefined，that resultsII浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文in浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文inenhancementofexchange couplingbetween the 2：14：1 phas

11、eandtl-FephaseIn thispaper，the op廿malNdFeB powderbeobtainedthroughthe following alloys：Ndlo5Fes0865Zr3 alloy witll magnetic properties of屏=822kGs，趣=1O69kOe，舊切，m=1352MGOeandNa95Fe764865Zr30C04alloy with magnetic properties of研=842KGs，肚=913KOe，(B1t)。=1398MGOeKeywordsNdFeB；melt-spinning；crystallization

12、；magnetic properties；Ill浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻綜述浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章文獻綜述磁性材料是當(dāng)今信息社會不可缺少的重要功能材料之一。磁性材料包括永磁材料、軟 磁材料、磁致伸縮材料、磁性薄膜、磁性微粉、磁性液體、磁致冷材料以及磁蓄冷材料等。 其中以釹鐵硼為代表的稀土鐵系永磁材料是磁性能最高、應(yīng)用最廣、發(fā)展速度最快的新一代 永磁材料。永磁材料具有機械能與電磁能相互轉(zhuǎn)換的功能。利用其能量轉(zhuǎn)換功能和磁的各種物理 效應(yīng)，如磁共振效應(yīng)，磁力學(xué)效應(yīng)，磁化學(xué)效應(yīng)，磁生物效應(yīng)，磁光效應(yīng)，磁阻效應(yīng)和霍爾 效應(yīng)等，可將永磁材料做成多種形式的永磁功能器件。經(jīng)歷了一百多年的發(fā)展，永磁材

13、料產(chǎn) 品種類極大豐富，性能不斷提高，在電子、能源、通訊、機械、儀表、生物、醫(yī)療保健等領(lǐng) 域得到廣泛的應(yīng)用。隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，產(chǎn)品和構(gòu)件向小型化，高精密化，大容量化發(fā) 展，這對永磁材料的性能提出了更高的要求。11永磁材料的主要磁學(xué)參量：永磁材料的主要技術(shù)性能指標(biāo)是剩磁Br、矯頑力H。(內(nèi)稟矯頑力iH。和磁感 矯頑力bH。)、最大磁能積(BH)。及溫度系數(shù)等參量。圖l一1是典型的永磁材料 磁滯圊線【11。1MZ偶fj苴(矗砂圖1_l典型的永磁材料磁滯回線 ：Fig1l Hysteresisfor typical permanent magnetic materials：1、剩磁感應(yīng)強度B，它是

14、指磁化至技術(shù)飽和并去掉外場后所保留的剩余磁 化強度M，相當(dāng)于磁滯回線與縱坐標(biāo)的交點(見圖11)。剩磁是表征永磁材料充 磁后所提供的磁場大小的參量。因此，B越大越好。&的極限值是Js，J。取決于組成該材料的磁性原子數(shù)和原子磁矩的大小。永磁材料的剩磁主要受材料中各個晶一l-浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文粒取向一致性的影響。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文粒取向一致性的影響。2、矯頑力分為磁感矯頑力bH。和內(nèi)稟矯頑力iH。磁感矯頑力是退磁曲線上B=O對應(yīng)的磁場，相應(yīng)于磁滯回線與橫坐標(biāo)的交點，表征永磁材料對外界磁場的 抗干擾能力。內(nèi)稟矯頑力，H。是使內(nèi)稟磁感應(yīng)強度uoM(或4M)為零的反向磁 場強度，ill。一d-I。iH

15、。的極限值是磁晶各向異性場HA，它取決于材料的磁晶各向 異性常數(shù)。矯頑力主要反映了永磁體中磁晶各向異性的強弱，但它同時也是結(jié)構(gòu) 敏感量，與材料中的雜質(zhì)和缺陷都有關(guān)系。3、最大磁能積(BH)。，是指退磁曲線上的B和H乘積最大點。在滿足相同 要求(磁場的數(shù)值和空間范圍)的情況下，(BH)。大的材料體積小。因此，(BH)。 的數(shù)值越大越好。(BH)。存在理論最大值，(BH)。坐i塑：(1-1)4式中，M。：飽和磁化強度；：真空磁導(dǎo)率。(BH)。的極限值是Js2，B，、bH。和(BH)。均取決于材料的反磁化過程。4、穩(wěn)定性是指永磁材料的磁性能隨時間、溫度、外場、沖擊和振動等保持 不變的能力。用來衡量永

16、磁材料的穩(wěn)定性的主要參量包括居里溫度T。，B，和iH。 溫度系數(shù)和不可逆損失。T。是鐵磁性向順磁性轉(zhuǎn)變的臨界溫度，取決于材料內(nèi)部 相鄰原子交換作用的強度，而溫度系數(shù)和不可逆損失越小越好。總體來說，性能優(yōu)異的永磁材料應(yīng)具備高剩磁，高矯頑力，高磁能積，高居 里溫度和低溫度系數(shù)的特性。12永磁材料的發(fā)展歷史及其分類：隨著人類科技的進步，各種產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)代社會對于高性能的永磁材 料的需求日益增加，尤其是近年來電子工業(yè)的長足發(fā)展，對永磁材料的性能提出 了更高的要求。圖1-2是各種永磁材料的發(fā)展歷史弘J。一般把碳鋼作為永磁材料發(fā)展的開端，即往碳鋼中加w，cr，co等元素形 成鎢鋼、鉻鋼、鉆鋼，但其性

17、能較低，最大磁能積(BH)。8kJm3。1931年出現(xiàn)FeNiAI永磁合金，最大磁能積(BH)。為4080KJm3，這類永磁合金在五六十 年代一直處于統(tǒng)治地位，同時FeNiCo，CuNiFe，CuNiCo，MnAlC，F(xiàn)eCoV也 得到發(fā)展。在此期間還出現(xiàn)了以鐵礦石為基礎(chǔ)的鐵氧體永磁材料，Ba鐵氧體、2浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文co鐵氧體等，到50年代，其磁性能有一定提高，盡管性能還很低，但因為很高浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文co鐵氧體等，到50年代，其磁性能有一定提高，盡管性能還很低，但因為很高 的性價比而被大量使用，當(dāng)前仍然有大量的需求，產(chǎn)量很高，通過提高磁性顆粒 取向性等可得到40KJm3以上的最大磁

18、能積。六、七十年代又開發(fā)出了SmCo類 永磁材料，將稀土元素與過渡族元素結(jié)合，使材料的磁性能有較大的提高。在60 年代中期，出現(xiàn)了一系列具有高飽和磁化強度和高磁晶各向異性共存的金屬間化 合物，其中以稀土類磁體的研究最為廣泛。圖1-220世紀各種磁性材料的發(fā)展21Fig1-2 Courseofthedevelopment ofpermanent magneticmateriMs在六十年代中期Hoffer等人發(fā)現(xiàn)YCos不僅具有大的磁晶各向異性常數(shù)，而 且有相當(dāng)高的飽和磁化強度。StmatTM首先用粉末法制造出第一塊YC05永磁體， 最大磁能積(BH)。達960kJm3。隨后，其他研究人員【4-5

19、】用同樣的方法制造出SmC05永磁體，其最大磁能積(BH)。達到406kJm3。SmC05的成功研制弓l起 了世界各國永磁材料工作者的重視，但由于其中含有大量鈷元素，而Co是昂貴 的戰(zhàn)略物資，高昂的成本阻礙了它的發(fā)展。1977年，小島等人制成了sm(Co，Cu，F(xiàn)e，Z072型永磁體，最大磁能積(BH)m。 達至U2388kJm3，創(chuàng)造了新的磁性能紀錄，標(biāo)志著第二代稀土永磁材料R2c017的 誕生。80年代初實現(xiàn)商品化。第二代稀土永磁材料的最大磁能積(BH)。雖然得 到了提高，但是其矯頑力卻下降了，Sm2C017型稀土永磁材料的矯頑力要低于 SmC05，并且Sm、CoLE較昂貴大大限制了它的應(yīng)

20、用。于是人們想到用廉價的Fe來取代貴金屬Co，70年代初Clark等人發(fā)現(xiàn)，用濺射法得到的重稀土與鐵的化臺3-浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文物TbFe2膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時，顯示出高矯頑力磁特性。這一發(fā)現(xiàn)為稀土鐵浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文物TbFe2膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時，顯示出高矯頑力磁特性。這一發(fā)現(xiàn)為稀土鐵 基永磁材料的發(fā)展提供了方向，即將RFe制成非晶態(tài)，然后通過晶化來實現(xiàn)磁硬 化。NdFeB永磁材料是以化合物Nd2Fel4B為基體的稀土金屬間化合物永磁材 料，具有創(chuàng)記錄的高剩磁、高矯頑力和高磁能積，因此被稱為“磁王”121。自1983年問世以來，以其優(yōu)異的磁性能，充足的原材料和低廉的價格而得到迅速

21、發(fā)展。它由主相Nd2Fel4B和少量富Nd相，富B相組成。當(dāng)Nd原子和Fe原子 分別被不同的R原子和其他金屬原子所取代，可發(fā)展成多種成分不同，磁性能 不同的R-FeB系永磁體。與SmC05等永磁材料相比， NdFeB系永磁材料的 磁性能高，它的最高磁能積相當(dāng)于鐵氧體永磁體的58倍，鑄造A1-NiCo永磁 的310倍；它的矯頑力相當(dāng)于鐵氧體的57倍，鑄造A1-NiCo系永磁的515 倍，是目前磁性能最高永磁材料，其實驗室樣品的磁能積已達到557MGOe，接 近其理論磁能積64MGOe。此外，NdFeB系永磁材料的機械力學(xué)性能比SmC05 和A1-NiCo合金好，可進行切削和鉆孔，密度比SmC05

22、合金低。但存在居里溫 度低、溫度穩(wěn)定性較差和化學(xué)穩(wěn)定性欠佳的缺點。隨著經(jīng)濟全球化以及全球信息電子化的不斷發(fā)展，磁性材料作為與國民經(jīng)濟 發(fā)展日益密切相關(guān)的基礎(chǔ)功能材料，技術(shù)水平不斷提高，市場得到不斷擴展，已 發(fā)展成為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。我國發(fā)展NdFeB永磁材料產(chǎn)業(yè)的突出優(yōu)勢是我國的 稀土資源豐富，占世界稀土資源的7080，且分布廣泛、礦種齊全、稀土礦的 稀土含量很高這些優(yōu)勢為我國發(fā)展稀土永磁材料提供了便利的條件。13 NdFeB永磁磁粉的制備方法：粘結(jié)NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)作為整個磁性產(chǎn)業(yè)中的一個重要部分，因其磁性能高， 可加工性和機械強度好，具有精確定制造尺寸，易成型復(fù)雜形狀的特點，已在計 算機、汽

23、車電子、家電和辦公設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著全球IT產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展，從技術(shù)研究和市場開發(fā)來看，粘結(jié)NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出勃勃生機。硬磁盤驅(qū)動器中的主軸電機是標(biāo)志對NdFeB粘結(jié)磁體的需求目益增長的典 型電子產(chǎn)品，此外，NdFeB粘結(jié)磁體還廣泛地應(yīng)用于復(fù)印機、 機和照相機中 的步進電機，也用于軟磁盤驅(qū)動器的主軸電機和磁頭換行步進電機中。NdFeB永磁磁粉是制作粘結(jié)磁體的主要原材料，國內(nèi)外許多學(xué)者對其從宏浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文物TbFe2膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時，顯示出高矯頑力磁特性。這一發(fā)璣為稀土鐵浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文物TbFe2膜由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)時，顯示出高矯頑力磁特性。這一發(fā)璣為稀土鐵 基

24、永磁材料的發(fā)展提供了方向，即將R-Fe制成非晶態(tài)，然后通過晶化來實現(xiàn)磁硬 化。NdFe-B永磁材料是以化合物Nd2Fel4B為基體的稀上金屬間化合物永磁材料，具有創(chuàng)記錄的高剩磁、高矯頑力和高磁能積，因此被稱為“磁王”t21。自1983年問世以來，以其優(yōu)異的磁性能，充足的原材料和低廉的價格而得到迅速 發(fā)展。它由主相Nd2Fel4B和少量富Nd相，富B相組成。當(dāng)Nd原子和Fe原子分刖被不同的R原子和其他金屬原子所取代，可發(fā)展成多種成分不同，磁性能不同的RFeB系永磁體。與SmCo，等永磁材料相比， NdFe-B系永磁材料的 磁性能高，它的最高磁能積相當(dāng)于鐵氧體永磁體的5+8倍，詩造A1-Ni-Co

25、永磁 的310倍：它的矯頑力相當(dāng)于鐵氧體的57倍，鑄造A1-NiCo系永磁的515 倍，是目前磁性能最高永磁材料，其實驗室樣品的磁能積已達到557MGOe，接 近其理論磁能積64MGOe。此外，Nd-Fe-B系永磁材料的機械力學(xué)性能比SmCos 和AI-NiCo合金好，可進行切削和鉆孔，密度比SmC05臺金低。但存在居里溫 度低、溫度穩(wěn)定性較差和化學(xué)穩(wěn)定性欠佳的缺點。隨著經(jīng)濟全球化以及全球信息電子化的不斷發(fā)展，磁性材料作為與國民經(jīng)濟發(fā)展日益密切相關(guān)的基礎(chǔ)功能材料，技術(shù)水平不斷提高，市場得到不斷擴展，已 發(fā)展成為重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。我國發(fā)展NdFeB永磁材料產(chǎn)業(yè)的突出優(yōu)勢是我國的 稀土資源豐富，占世

26、界稀土資源的7080。且分布廣泛、礦種齊全、稀土礦的稀土含量很高這些優(yōu)勢為我國發(fā)展稀土永磁材料提供了便利的條件。13 NdFeB永磁磁粉的制備方法：粘結(jié)NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)作為整個磁性產(chǎn)業(yè)中的一個重要部分因其磁性能高， 可加工性和機械強度好，具有精確定制造尺寸，易成型復(fù)雜形狀的特點，已在計 算機、汽車電子、家電和辦公設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著全球lT產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展，從技術(shù)研究和市場開發(fā)來看，粘結(jié)NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出勃勃生機。硬磁盤驅(qū)動器中的主軸電機是標(biāo)志對NdFeB粘結(jié)磁體韻需求曰益增長的典 型電了產(chǎn)品，此外，NdFeB粘結(jié)磁體還廣泛地應(yīng)用于復(fù)印機、 機和照相機中 的步進電機，峨用于軟磁盤

27、驅(qū)動器的主軸電機和磁頭換行步進電機中。NdFeB永磁磁粉是制作粘結(jié)磁體的主要原材料，國內(nèi)外許多學(xué)者對其從宏 NdFeB永磁磁糟是制作粘結(jié)磁體的主要原材料，國內(nèi)外許多學(xué)者對其從宏浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文觀性能分析到微觀結(jié)構(gòu)的影響進行了深人細致的研究，已有很多方面應(yīng)用到了生浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文觀性能分析到微觀結(jié)構(gòu)的影響進行了深人細致的研究，已有很多方面應(yīng)用到了生 產(chǎn)領(lǐng)域中。目前制備NdFeB永磁磁粉的主要方法如下：131真空快淬法：真空快淬法始于上世紀80年代初期，主要工藝是在真空或者氬氣保護下， 將熔化的合金噴射到高速旋轉(zhuǎn)動冷卻輥表面，以106。Cs的冷卻速度快淬成非晶 或微晶金屬條帶，厚度為O02

28、005ram，經(jīng)破碎后制成不同顆粒度的磁粉。磁 粉經(jīng)過適當(dāng)熱處理后得到最佳磁性能，即可供粘結(jié)磁體使用。目前采用快淬技術(shù) 制備的釹鐵硼粉體是磁各向同性粉，制得的粘結(jié)磁體也是各向同性的。快淬各向同性磁粉也可以經(jīng)過熱壓得到與原始合金密度相當(dāng)?shù)馗呙芏雀飨?同性磁體，這種磁體在高溫下(通常為725)鐓鍛加工，產(chǎn)生熱望性交形，晶 粒在加工方向排列，得到各向異性磁體，這種磁體與燒結(jié)磁體的密度和磁性能相 當(dāng)?？齑汊S鐵硼合金的成分及制備工藝是由美國通用汽車(GM)公司開發(fā)并取得 專利的。在世界范圍內(nèi)通用汽車公司快淬釹鐵硼磁粉的生產(chǎn)有絕對優(yōu)勢。工業(yè)化 初期，快淬NdFeB磁粉只有MQPA和MQPB兩個牌號的產(chǎn)品，

29、隨著應(yīng)用領(lǐng) 域的不斷擴大，人們對粘結(jié)磁體的磁能積和使用溫度提出了越來越高的要求，為 此GM公司在此基礎(chǔ)上又開發(fā)了可在較高溫度應(yīng)用的MQPC和MQPD兩個牌號的磁粉及高磁能積的MQPB+粉。表11列出了美國GM公司快淬NdFeB磁 粉的性能了。最近，美國GM公司與目本大同制鋼公司合作，在MQPA磁粉的 基礎(chǔ)上，通過添加少量的Nb，成功地開發(fā)了一種能用于180的超耐熱磁粉，從 而使快淬NdFeB磁粉的工作溫度從120提高到150。C和180。C。目前粘結(jié) NdFeB磁體的生產(chǎn)基本上采用MQ系列的磁粉|131?，F(xiàn)在通用汽車公司的生產(chǎn)廠、 專利及技術(shù)已分別出售給他人。新公司名字是“MQI”，股份中部分

30、屬中國所有。 我國從1 986年開始研究釹鐵硼快淬工藝、設(shè)備及合金性能。實驗室中均采 用真空感應(yīng)冶煉合金、石英管坩堝、單輥快淬。在工業(yè)化生產(chǎn)中采用兩種方法： 一種是類似實驗室中的設(shè)備和方法：即真空感應(yīng)冶煉合金、單輥快淬：另一種是 電弧爐水冷銅坩堝冶煉母合金，然后快淬成碎片。目前我國新采用的這兩種方法均屬小規(guī)模生產(chǎn)，多集中于江浙一帶，在產(chǎn)量和磁性能上都需要提高。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文132氣體噴霧法：114-1浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文132氣體噴霧法：114-16】氣體噴霧法是由日本神戶制鋼所和美國的坩堝應(yīng)用磁學(xué)公司試驗發(fā)展的，其 工藝過程是，當(dāng)NdFeB熔液流經(jīng)高速噴嘴時，被高壓氬氣流霧化成細小的金

31、屬 液滴，射向旋轉(zhuǎn)粉碎盤，凝固成極細的非晶和微晶粉末，這種粉末既可用于制造 燒結(jié)磁體，也可用于制造粘結(jié)磁體。據(jù)日本下田達也等人報道，神戶制鋼所采用 成分為Ndl24Dyl4Fe70 3C075884的合金制得的氣體噴霧磁粉，表面光滑，呈球狀， 粒徑為41009rn。這種磁粉經(jīng)熱處理就后能使矯頑力上升，例如將粒徑在44Itm 以下的磁粉，在600下處理時矯頑力最大可達800kAm；未經(jīng)處理的磁粉iHe=320kAm。這種球形磁粉用于注射成型時，流動性較好，可獲得磁粉填充率高的 粘結(jié)NdFeB磁體。但這種粉末的最大磁能積(BH)m。僅為9MGOe，商品化各向 同性注射成型NdFeB磁體的磁性能僅5

32、052MGOe，磁性能較低。133機械合金法：機械合金法是由德國西門子公司Schultz1171等人研究發(fā)表的。用充氬氣的高 能球磨機對原料進行球磨，利用球磨產(chǎn)生的高溫在700。C下使合金原料發(fā)生固相 反應(yīng)數(shù)十分鐘；或者在600。C下固相反應(yīng)13小時。這種NdFeB磁粉的iHc可 達800kAm以上。另外這種機械合金化法也可在氫氣中進行，磨碎的粉末吸氫 使晶粒細化，平均晶粒尺寸減小到lpm左右，然后對合金粉末進行熱處理，釋 放出氫，用這種方法可以制得高矯頑力的NdFeB磁粉。與快淬法相比，機械合金化法制造方法建達，不需要大型的快淬設(shè)備，磁粉性能與快淬法的幾乎一樣；6浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文但難以批

33、量化的缺點限制了其應(yīng)用。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文但難以批量化的缺點限制了其應(yīng)用。134 HI)DR(HydrogenDisproportionation DisportionRecombination)法：1990年，日本三菱材料公司利用稀土金屬問化合物吸氫的特性開發(fā)出建立在 全新構(gòu)思基礎(chǔ)上的HDDR法，即氫化一歧化一分解一再結(jié)合，利用NdFeB的主相 Nd2Fel4B、富釹相和富硼相均具有吸氫作用的特點，采用氫爆的方法使NdFeB鑄 錠粉化。用這種方法制得的粉末矯頑力高達800kAm，晶粒尺寸約為03pan【”】。 HDDR法制粉的優(yōu)點是：晶粒尺寸小、矯頑力高，適合制作各向同性的粘結(jié)磁體， 投資

34、少，設(shè)備簡單，生產(chǎn)工藝易于控制。但目前這種磁粉的溫度系數(shù)大，熱穩(wěn)定 性較差18-21】。14快淬NdFeB磁粉的研究進展：141快淬NdFeB磁粉的生產(chǎn)設(shè)備：真空快淬爐是生產(chǎn)NdFeB磁粉所需設(shè)備中要求較高的，目前除了美國GM 公司制造使用的快淬機較成熟外，其它國家使用的快淬設(shè)備還不夠成熟可靠，且 產(chǎn)量較低。下面介紹兩種生產(chǎn)中較常用的真空快淬設(shè)備：電弧溢流式快淬爐和感 應(yīng)快淬爐。l-411感應(yīng)式快淬爐：美國GM公司是世界上第一個采用感應(yīng)式快淬工藝生產(chǎn)快淬釹鐵硼永磁材 料的企業(yè)，引進GM公司設(shè)備價格昂貴，國內(nèi)尚無此設(shè)備。感應(yīng)式快淬爐具有 兩室(熔煉室和快淬室)兩包一套真空系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，示意圖如圖13

35、” 。坩堝和保 溫包分別采用感應(yīng)加熱和電阻加熱，以保證合金液溫度恒定。噴射壓力由兩室兩 空壓差提供調(diào)整。快淬時金屬液在自重和兩室的壓力差作用下，由噴嘴上的小孔 噴射到高速旋轉(zhuǎn)的水冷輥輪上，以10。Cs左右的速度冷卻。-7-浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖13感應(yīng)式快淬爐結(jié)構(gòu)原理圖：嘲浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖13感應(yīng)式快淬爐結(jié)構(gòu)原理圖：嘲Fig1-7 Sketch ofthestructure oftheinductionmeRspinningfurnace：1坩堝2感應(yīng)圈3金屬液4噴咀5轉(zhuǎn)輪6真空系統(tǒng)7集料器8爐殼感應(yīng)式快淬爐的優(yōu)點是：快淬NdFeB合金時，存在一個最佳淬速區(qū)域，在 最佳淬速下快淬NdFe

36、B磁粉性能最高，不需要晶化熱處理：制取的快淬磁粉具 有晶粒細小，微結(jié)構(gòu)組織均勻的特點：磁粉呈片狀，厚度一致性好；粉末表面較 平整，基本沒有小顆粒結(jié)晶現(xiàn)象。相比電弧式快淬爐更利于高性能磁粉的獲得。 感應(yīng)式快淬爐制備磁粉過程中存在以下問題：由于大量噴淬，冷凝條件不易 控制，冷卻穩(wěn)定性差。冷卻不穩(wěn)定，勢必影響快淬帶的性能，在不同時間內(nèi)由于 冷卻條件不一致而使淬帶性能參差不齊。磁性不均勻，不易控制而直接影響后續(xù) 工藝。除了對設(shè)備冷卻性能指標(biāo)更高的要求外，另一個顯著的弱點是容易出現(xiàn)噴 咀堵塞現(xiàn)象。由于噴咀處于旋轉(zhuǎn)銅輪的上方，局部溫度由于保溫的限制和風(fēng)流的冷卻大大低于其它地方的溫度。如不及時噴出，一旦發(fā)生

37、冷凝便會堵塞。噴咀的 結(jié)構(gòu)要充分考慮熔體的粘度、張力以及內(nèi)含的微量氧化渣，保持咀口處熔體界面 的穩(wěn)定。特別是保溫包液面高度的控制，保持保溫熔包的液面高度在噴淬過程中 不變。1412電弧溢流式快淬爐：中科院三環(huán)常磁設(shè)備廠在總結(jié)完善國內(nèi)外同類設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計制造了 LZK一12A真空快淬爐，該設(shè)備在實踐運行中取得了可喜的成果，積累了成功的 經(jīng)驗。圖14是水冷Cu坩堝電弧溢流式快淬爐結(jié)構(gòu)示意圖。這種快淬爐結(jié)構(gòu)簡一8浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文單，熔煉和快淬都在一個室完成。采用非自耗鎢鈰電極，利用等離子弧的熱能將浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文單，熔煉和快淬都在一個室完成。采用非自耗鎢鈰電極，利用等離子弧的熱能將 合金熔化

38、，金屬液在自身重力和電弧壓力的作用下溢流到高速旋轉(zhuǎn)的水冷輥輪 上，快速冷凝形成薄片。圖1-4電弧溢流式快淬爐結(jié)構(gòu)原理圖：Fig14 Sketchofthestructure ofthe arcmeltspinningfurnace：1電極2坩堝3真空系統(tǒng)4轉(zhuǎn)輪5集料器6加料器7翻轉(zhuǎn)8爐殼這種設(shè)備的優(yōu)點是：不存在噴咀阻塞的問題；經(jīng)快淬后形成的合金薄片呈非 晶或微晶狀態(tài)，甩帶的幾何尺寸可以通過調(diào)節(jié)鋁輪的轉(zhuǎn)速及坩堝位景而改變。缺點是溢流面的寬度與厚度變化造成快淬薄片厚薄不均勻，并產(chǎn)生大量針狀 物，快淬薄片微結(jié)構(gòu)極不均勻；電弧加熱區(qū)溫度高，液態(tài)金屬溫度不易控制。條 狀表面呈鱗片剝蝕狀，表面有許多小顆粒

39、結(jié)晶現(xiàn)象。因而磁性能比感應(yīng)式快淬爐 快淬的NdFeB磁粉性能低。電弧溢流式快淬爐設(shè)備成本便宜，維護簡單，同時也能進行批量化生產(chǎn)，因 此目前國內(nèi)的主要磁粉廠家基本上采用這種設(shè)備。這是國產(chǎn)磁粉性能偏低的主要 原因。142快淬NdFeB磁粉的成分研究：1A21主相元素對NdFeB磁性能的影響：Nd2Fel4B相的晶體結(jié)構(gòu)如圖1-5所示，單胞由四個分子組成，屬于四方晶系，-9浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文空間群是P421mnm，一個晶胞內(nèi)含有68個原子，其中8個釹，56個鐵，4個硼浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文空間群是P421mnm，一個晶胞內(nèi)含有68個原子，其中8個釹，56個鐵，4個硼原子。整個晶體結(jié)構(gòu)可以看作是富釹層

40、、富硼層和鐵原子層等6個層的交替排布I。沿c軸方向具有很強的晶體磁各向異性。由于單軸各向異性很強，因此飽和 磁化強度可達到很高的數(shù)值。Nd2Fe-4B相具有高飽和磁化強度和各向異性場， 飽和磁感應(yīng)強度約為161T，理論最大磁能積(BH)m?？蛇_525kjm3，居里溫度 T。為585K。o峨eNFe。0F。O畸lof嗥bh9Fek2|l圖1-5 Nd2Fel4B相的晶體結(jié)構(gòu)f7】：Fig1-5 Crystastucture ofNd2Fel4Bphase：根據(jù)組成元素不同，NdFeB合金可分為(a)低Nd含量(8lOat)合金；(b) 接近化學(xué)計量Nd含量(1113at)合金；(c)高Nd含量(

41、1620at)合金。Nd含量在】415時，可獲得較高的剩磁Br，如過量，易形成非磁性的 Nd203相；Nd12at時，臺金的收縮小，密度低，Br下降。適量的非磁性富Nd 相沿主相晶粒邊界分布，可促進矯頑力的提高，但過高的Nd含量會促進晶粒長 大，反而降低矯頑力。B是促進Nd2Fel4B四方相形成的關(guān)鍵，B含量在67at 時，B，、H。都達到較好水平：B含量過商會導(dǎo)致剩磁的下降。Fe的含量要盡可10浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文一一浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文一一能的提高，使合金成分盡量向Nd2Fe。4B正分靠近，獲得較高的磁能積。 (1)高Nd成分快淬NdFeB磁粉高Nd含量的快淬NdFeB磁粉除主相Nd2Fe

42、l4B外，還有部分非磁性相富Nd 相。富Nd相主要分布在Nd2Fel4B晶粒的邊界上，阻礙疇壁的移動和隔斷 N也Fo】4B晶粒之間的交換耦合作用，因此具有最高內(nèi)稟矯頑力，但由于非磁性 富Nd相的稀釋作用，剩磁最低。1983年，Croat等1231首次用感應(yīng)式快淬法(Melt-spining)在Ndol3(Feo 95Bo05)o 合金中獲得了磁能積高達141MGOe的快淬磁粉。并研究了B含量，Nd含量和 快淬速度對快淬磁粉性能的影響。研究結(jié)果表明存在個最佳的快淬速度，使磁 性能達到最佳。最佳快淬速度的大小與合金的具體成分有關(guān)。圖1-6是快淬速度對不同B含量Ndots(Fel-yUy)o85合金

43、室溫內(nèi)稟矯頑力iHc的影響?？梢钥闯觯诟哜S含量的永磁合金中，當(dāng)B含量在255585at范圍 內(nèi)變化時，最佳快淬速度在1520mJs之間；最佳快淬速度下，y=005時，即 Ndl5Feso758425合金具有最大磁能積。當(dāng)B含量較高時，盡管臺金具有較高的iH。， 但Br下降，因而磁能積(B均。也有所降低。當(dāng)B含量較低時，由于大量的Nd2Fel7相的生成，矯頑力。H。和剩磁Br都較低。圖1-6陜淬速度對不同B含量的Nd015(Fel聲y)085合金室溫內(nèi)稟矯頑力iHc的影響Fig1_6 Effectofmelt-spunvelocityintrinsic coereivityofNdo5(Fel

44、、yBy)085alloys圖l7是在最佳快淬速度下，Nd含量對Ndl。(Feo95Bo05)。磁性能的影響。隨 Nd含量的升高，iH。和(BH)。nax有所提高，但B。下降；在x=087時，合金Nd013 (Feo 95Bo 05)0 87磁能積最大為141MGOe。進一步升高Nd含量，將導(dǎo)致磁能積-11浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文的急劇下降，其主要原因是非磁性的富釹相的增加和稀釋作用，導(dǎo)致Bf的降低。浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文的急劇下降，其主要原因是非磁性的富釹相的增加和稀釋作用，導(dǎo)致Bf的降低。 但值得指出的是當(dāng)Nd含量高于20(x=08)后，Nd含量的增加還將導(dǎo)致內(nèi)察矯 頑力的下降，原因是合金中有大

45、量Nd2Fel7相的析出。；彩呼長薔。、i：圖J7最佳快淬速度下Nd含量對Ndl。(Fe0958005)。磁性能的影響Fig1-7 Effect ofNd contentonmagneticperformanceofNd015(F。1，By)0alloysattheoptimal meltspunvelocityDavies等(241對高含Nd量NdxFe94?！綛6的的研究發(fā)現(xiàn)，Nd含量在1120at 之間變化時，Br和(B】)m。隨Nd含量增加有所下降，而iHc隨Nd含量增加大幅 度提升；當(dāng)Nd含量增加到1719at之間時，合金的iH。，B，和(BH)一水平基本保持不變，見圖1-8。這些結(jié)

46、果與圖1-6中相同Nd含量范圍的變化不同的原因Nd。Fe94_xB6合金與Ndlx(Feo95Bo 05)c相比具有較高的B含量， 合金中硬磁相 Nd2Fel4B相含量提高，Nd2Fel7相含量較少，因而合金的磁性能相對 Ndl-x(Feo95Bo05)。也有很大提高。12-浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1-8浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文圖1-8 Nd含量對Nd。Fe94。B6磁粉性能的影響Fig18 Effect ofNdcontentmagneticperformanceofNdxFe94，B6alloys(2)近正分成分快淬NdFeB磁粉 近正分成分的快淬NdFeB磁粉基本上由Nd2Fel4B單相組成，

47、非磁性相和軟磁相很少，可以獲得較高的磁能積和矯頑力，具有非常好的綜合磁性能。1987年以前，發(fā)表的快淬NdFeB磁粉的剩磁Br在07O8T之間，最大磁 能積(BH)?！斑_到14MGOe，內(nèi)稟矯頑力iH。達到20kOe25-29。Hadjipanayis和 BeekerI引1在R-FeBSi合金系列中得到的磁性能也沒能超出上述范圍。當(dāng)1987 年Kadin等舊報道了含Al或si的單相Nd2Fel4B快淬磁粉的Br高于1T，最大磁 能積H)。能達到20MGOe以上時，近正分成分的單相快淬NdFeB磁粉引起了人們的強烈關(guān)注。在此項研究中出現(xiàn)了新的物理現(xiàn)象剩磁增強效應(yīng)，即剩磁 超過了Stoner-Wo

48、hlfarth理論預(yù)測的值。Stoner-Wohlfarth理論預(yù)測單軸各向同性 多晶永磁體的剩磁最大等于飽和磁感應(yīng)強度的一半，對于NdFeB為O8T， Nd2Fel4B的飽和磁感應(yīng)強度為16T。這一研究成果使高磁能積的快淬NdFeB合 金的研究工作跨上一個新臺階。此后的時間里，Matsumoto等l”I在1988年通過同時添加Al和Si在NdFeB 合金中制得的成分為Ndl3Fe79，386SilAIo7的合金也獲得了剩磁增強的快淬NdFeB 磁粉，性能為B，=96kGs，(BH)m“=204MGOe，iIc=112kOe。1991年，Davies 在Nd”2Fe79 686SiI 2合金中

49、系統(tǒng)研究了B，和iH。與晶粒尺寸的關(guān)系【2“，發(fā)現(xiàn)當(dāng) Nd2Fel4B的晶粒尺寸大于40nm時，磁粉的剩余磁極化強度J，等于08T，與StonerWohlfarth理論預(yù)測的單軸晶系多晶永磁體的剩余磁極化強度相同。當(dāng)-13-浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文NdzFel4B相的晶粒尺寸小于40nm時，。仉的比值大于05，且隨晶粒尺寸的減浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文NdzFel4B相的晶粒尺寸小于40nm時，。仉的比值大于05，且隨晶粒尺寸的減小而增大，超過了Stoner-Wohlfarth理論預(yù)測的值，見圖1-9。一 目奎毒“辯l fr*in Iil nrn】Jrhet，Ide口JPe譬邸ojrRoll side

50、JRoll#I秈圖I9晶粒尺寸對剩磁和矯頑力的影響Fig1-9 Effectofmeangrain size remanence andeoercivityofmagneticmaterialsSchrefl等【341研究認為這種剩磁增強效應(yīng)來源于Nd2Fel4B納米晶粒之間的鐵 磁性交換耦合作用(ExchangeCouplingEffect)。Schrefl按微磁學(xué)的觀點進行了數(shù) 值模擬，分析結(jié)果與試驗結(jié)果良好吻合。后來研究發(fā)現(xiàn)，只要快淬NdFeB磁粉 中的Nd2Fel4B的晶粒尺寸小于某個臨界值，就能獲得剩磁增強效果。而不是由 于A1和si的添加。MaIl“351等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)Nd2Fel4

51、B的晶粒尺寸小于20nm時， 快淬Ndl31Fe824845合金就能產(chǎn)生顯著的剩磁增強效應(yīng)。Daviesl361等研究發(fā)現(xiàn)當(dāng) Nd2Fel413的晶粒尺寸小于20-30nm時，快淬Nd】2Fe3286合金也能產(chǎn)生顯著的剩 磁增強效應(yīng)。(3)低Nd成分快淬NdFeB磁粉 由于合金中Nd含量較低，此類快淬NdFeB合金中除硬磁相Nd2Fel4B外，還有軟磁相0t-Fe或Fe3B相或兩者都有，也就是目前磁學(xué)界關(guān)注較高的納米雙相 快淬NdFeB合金，其相組成取決于合金的具體成分中Nd含量的多少。微磁學(xué) 計算表明Nd2Fel4JBa-Fe型納米復(fù)合磁體的(BH)。可達到662kJm3(83MGOe)，

52、納米雙相磁體不僅具有廣闊的應(yīng)用前景，同時還具有相當(dāng)高的研究價值，是當(dāng)前 永磁材料研究的熱點問題之一。1988年，荷蘭人Coehoorn等口81首先報道了用快淬方法制備的Nd45Fe77818514浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文磁體的最大磁能積達到了117MGOe，和通常的快淬NdFeB磁體的最大磁能積浙江人學(xué)碩士學(xué)位論文磁體的最大磁能積達到了117MGOe，和通常的快淬NdFeB磁體的最大磁能積 相差無幾。令人感興趣的是其具有很高的剩磁增強效應(yīng)，脫可達到O75。研 究表明，這種各向同性永磁體以軟磁相Fe3B為基體，Nd2Fel4B硬磁相顆粒分布 其間，兩相晶粒在納米尺度上產(chǎn)生交換耦合作用，產(chǎn)生顯著的剩磁

53、增強效應(yīng)。其 后不久，有關(guān)人員開始研究在硬磁相Nd2Fel4B基底中析出軟磁相一Fe的各向同 性納米復(fù)合磁體。Davies等f36I在以往的研究工作基礎(chǔ)上，詳細研究了Nd含量對 Nd。Fe94-xB6合金磁性能的影響，見圖110。研究表明：當(dāng)Nd含量下降到低于11at 后，aFe相開始出現(xiàn)，其體積分數(shù)隨Nd含量的降低逐漸增加，在Nd含量為8at 時達到軟磁相含量達到35，由于軟磁相旺Fe和硬磁相Nd2Fel4B之間的強烈交 換耦合作用，剩磁J，達到11T。在Br提高的同時，內(nèi)稟矯頑力iH。隨軟磁相一Fe 含量增加而緩慢下降，在Nd含量降到8at時。iHc低于500kAm。2000j彝ij150

54、0冒5 l咖。1500ONa【aL】JH。母Jf糶咖m圖110 Nd含量對Nd。Fe94IxB6合金磁性能的影響【36】Fig1-10 Effect ofNd contentmagneticperformanceofNdxFe94xB6 alloys由于快淬納米雙相NdFeB磁粉的內(nèi)稟矯頑力iHc較低，限制了它的應(yīng)用。因此 從發(fā)現(xiàn)納米雙相NdFeB磁粉以來，研究熱點主要集中于如何在保證較高的B和 (BH)。ax的前提下，提高H。的水平上。為了提高快淬納米雙相NdFeB磁體的綜合 磁性能，近年來主要從以下兩個途徑來提高磁體的矯頑力：改變主相性質(zhì)，增強 各向異性場；改善磁體的微結(jié)構(gòu)。改善磁體的微結(jié)

55、構(gòu)主要是改變晶間相的構(gòu)成、 性質(zhì)及分布；提高矯頑力主要集中于材料的合金化方面【j”“。15一浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文1422添加合金元素的NdFeB磁性能的影響：浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文1422添加合金元素的NdFeB磁性能的影響：自NdFeB稀土鐵基永磁材料問世以來，在提高磁體的居里溫度和改善磁性能 方面的研究已有很多報道，正如我們所知，晶粒之間的相互作用(包括長程靜磁 相互作用和近鄰晶粒的交換耦合作用)是影響磁體的矯頑力、剩磁和磁能積等宏 觀磁性的根本原因。所以，凡是能夠影響Nd2Fel4B晶粒中亞晶格之間相互作用以 及晶粒之間相互作用的因素都會對NdFeB的磁性能產(chǎn)生影響。特別是一些非磁性 元素

56、的添加，不僅能夠有效的提高材料的居里溫度，影響主相的內(nèi)稟特性，而且 對磁體的微觀結(jié)構(gòu)也有很大的影響，從而提高合金的硬磁性能。根據(jù)添加元素原 子在合金晶粒結(jié)構(gòu)中的位置及所起的作用，可以把添加元素分為替代型和摻雜型 兩類。下面分別介紹兩種類型的添加元素對納米復(fù)合磁體性能的影響。 (1)替代型元素添加替代型元素是指用稀土金屬元素、過渡族元素及類金屬元素原子替代硬 (或軟)磁性相中的Nd、Fe、B原子以提高其內(nèi)稟磁性。a)替代Nd：通常采用Pr、Tb、Dy等元素替代Nd。由于Pr2Fel4B的各向異性 場87T比Nd2Fol4B的各向異性場67T高，所以用部分Pr替代Nd，可以提高硬磁性 相的各向異性

57、，但Pr2Fel4B的的居里溫度l土,Nd2Fel4B的的居里溫度低約20K，會 降低合金的居里溫度。Betancout等人【421用Pr取代Nd制備(Pro75N(1025)2Fel4B納米 磁體，平均晶粒尺寸40nm，矯頑力有很大提高，達至USlokAm(102kOe)，磁能積 (BH)。=185kJm(232MGOe)。以Tb(各向異性場22T)、D，(各向異性場15T)替代Nd，能明顯提高硬磁性相 的各向異性和磁體的矯頑力【37】。Harland等人劃對高Nd含量的快淬NdFeB合金添 加Dy元素后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以3at的Dy替代Nd可以使合金的iH。得到100的提高。但 由于重稀土元素Tb

58、、Dy的原子磁矩與過渡族Fe原子的磁矩方向相反，這樣替代 會使硬磁性四方相的分子磁矩減小，致使磁體的飽和磁矩及剩磁降低。且此類重 稀土價格較貴，從經(jīng)濟效益考慮不會大量替代。通常用3at的Dy替代Nd。fb)替代乳：可以替代硬磁性四方相中不同晶位Fe原子的元素主要有co、Al、Ga、Si、Ni、Cr、Mn、Cu等。它們對硬磁性相的微結(jié)構(gòu)和內(nèi)稟磁性各有不同的 影響。co原子替代Fe主要占據(jù)硬磁性相的J2晶位(使正交換作用增強)和K2晶位(使16浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文負交換作用得到改善)，增強硬磁性相的交換相互作用，提高居里溫度，改善溫浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文負交換作用得到改善)，增強硬磁性相的交換相互作

59、用，提高居里溫度，改善溫 度性能。以1atCo替代Fe，可使居里溫度提高10K。對納米復(fù)合NdFeB磁體，添 自llCo可能同時取代硬磁性相和軟磁性相中的Fe，得至lJNd2(Fe，Co)14B旺(Fe，Co)復(fù)合磁體，使磁體的居里溫度、各向異性和矯頑力同時增強。當(dāng)Co含量在75lOat 時，Nd2(Fe，Co)14Bot(Fe，Co)復(fù)合磁體的矯頑力達至iJ756kAm(95KOe)，剩磁和磁 能積也同時有很大提高143-461。燦原子替代Fe優(yōu)先占據(jù)四方相中的J2晶位使平面各向異性減小46-471，相當(dāng)于 增強了單軸各向異性，從而提高了磁體的矯頑力。A1原子替代Fe的不利影響是削 弱了磁性

60、原子的交換作用，使居里溫度降低，同時使飽和磁化強度及剩余磁化強 度降低。Ga原子替代Fe優(yōu)先占據(jù)四方相中的J2和K2晶位46J。與Al的作用相似，Ga替 代Fe使平面各向異性減小，相當(dāng)于增強單軸各向異性，提高磁體的矯頑力。Ga 的加入使四方相的晶格常數(shù)發(fā)生變化，影響磁性原子的交換作用，使正交換作用 增強，居里溫度上升。添j2口Ga還可以減小磁體的不可逆損失，提高溫度穩(wěn)定性。 同Al一樣，非磁性的Ga替代Fe使分子磁矩減小，使磁體的飽和磁化強度降低， 剩磁和最大磁能積下降，添加量一般控制在2at內(nèi)48-52。si原子替代Fe優(yōu)先占據(jù)四方相中的K2晶位，使晶格常數(shù)變大，減弱磁性原子 的負交換作用，