提高釤鈷永磁材料的磁能積

  高磁能積永磁體能促進電機、信息等領(lǐng)域的小型化和高效化,科技和工業(yè)的發(fā)展對高磁能積永磁體的需求日益增加。目前,Nd-Dy-Fe-B永磁體在150°C工作溫度下得到了廣泛使用。然而,當(dāng)工作溫度升高到200°C時,要維持永磁體的性能,就必須大幅提升其中昂貴重稀土Dy的使用量,造成制造成本的增大。因此,開發(fā)具有優(yōu)異溫度穩(wěn)定性能、且零重稀土的高磁能積永磁體就成為重要的研究課題。

  Sm2Co17基燒結(jié)永磁體具有獨特的高溫磁性能和優(yōu)良的磁穩(wěn)定性,以及優(yōu)異的抗耐磨性和抗腐蝕性,受到廣泛重視。高磁能積釤鈷永磁的最大磁能積可達到35MGOe,最高使用溫度可達500°C及以上。Sm2Co17基燒結(jié)永磁體,其顯微組織為一種胞狀組織結(jié)構(gòu),其中的胞呈長軸沿易磁化軸的長菱形,內(nèi)為三方晶系富Fe的Sm2(Co,Fe)17主相,大小在50至200納米之間,胞壁薄層是六方晶系富Cu的Sm(Co,Cu)5相,厚度為5至20納米。

  永磁材料的最大磁能積理論值與其飽和磁化強度的平方成正比。提高永磁體磁能積的首要條件是提高磁體的飽和磁化強度。只有高的飽和磁化強度,才可能得到高的剩磁,從而得到高的磁能積。而磁能積又是結(jié)構(gòu)敏感量。因此,在提高飽和磁化強度的同時,需要對磁體的胞狀組織結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。

  通過成分優(yōu)化,配合相應(yīng)的熱處理工藝調(diào)整磁體的微觀結(jié)構(gòu),可以有效地提高釤鈷磁體的飽和磁化強度和磁能積。磁體中菱方胞結(jié)構(gòu)的主相中的Fe為最重要的因素。Sm2Co17相的飽和磁極化強度Js約為12kGs,隨著Fe元素的添加,Js逐漸增加;當(dāng)Fe增加到Sm2(Co0.7,Fe0.3)17的比例時,Js達到了16.3kGs。然而,當(dāng)磁體中Fe含量超過25%時,胞狀組織會出現(xiàn)異常增大,尺寸將超過150nm。尺寸過大的胞狀組織不利于胞狀結(jié)構(gòu)的均勻性并導(dǎo)致磁體矯頑力和退磁曲線方形度的急劇惡化。

  近年來的研究表明,通過熱處理工藝的優(yōu)化和額外增加熱處理環(huán)節(jié)可以優(yōu)化磁體的磁性能。適當(dāng)?shù)墓倘軠囟饶軆?yōu)化淬火態(tài)合金的相組成,從而提高磁體的Br和內(nèi)稟矯頑力Hcj,最佳固溶溫度1423K時所制備磁體的磁性能為:Br=12.22kGs,Hcj=12.7kOe。隨后,微調(diào)磁體中的Zr含量可使磁體的Hcj提升至18.6kOe。另一方面,引入預(yù)時效工藝促使淬火態(tài)合金中的Cu元素的均勻分布,可以細化胞狀組織尺寸從而提高磁體的方形度,磁體的最大磁能積從31.5MGOe提高到33.4MGOe。另據(jù)報道,多級固溶工藝可提高磁體的方形度,使磁體的最大磁能積達到了35.4MGOe。

  我國鋼鐵研究總院現(xiàn)在已具備批量生產(chǎn)性能一致性好的高性能燒結(jié)永磁體的能力,其最大磁能積在30MGOe以上。他們研發(fā)了采用高速氣流粉碎技術(shù)的制粉工藝(氣流是在管道內(nèi)循環(huán)使用,氧含量可控),所獲結(jié)果優(yōu)于國外報道的采用濕法球磨技術(shù)的制粉工藝。