《稀土永磁材料》课件.ppt
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1、一、RE2Fe14B系合金的磁性能二、NdFeB永磁合金影响因素三、RE2Fe14B系合金的成分与性能四、Nd-Fe-B系永磁材料的烧结、热处理原理与技术 五、RE2Fe14B化合物的磁矩和磁极化强度,2.6 稀土钕铁硼永磁材料,一、概述,市场需求:Fe代Co,储量丰富的Nd取代资源稀少的Sm。企业:中科三环、宁波韵升、安泰科技、运城恒磁、成都银河特点:不但磁能积高,而且低能耗、低密度、机械强度高。广泛应用领域:电动机、电声器件、计算机、磁共振成像、磁选、磁分离、磁悬浮等。,RE的亚晶格具有很强的磁晶各向异性,3d族元素具有很高的饱和Ms和高的Tc,二者的结合有望得到综合性很好的永磁合金。RE
2、-CoRE-Fe(REFe2,RE6Fe23,RE2Fe17)为什么RE2Fe17没能成为第三代永磁材料呢?因为RE-Fe中FeFe原子之间的距离太近Fe的局域性较强,受周围近邻原子数和原子间距的影响较大,最终导致合金的Tc点低。,发展思路,在二元体系中,为何要引入B?,第三种元素,尤其是原子半径小的元素B、C等,可成为RE-Fe化合物的固溶元素,存在于晶格中,从而改变了Fe-Fe的距离和Fe原子周围环境及近邻原子数,最终导致居里温度的提高和永磁性能的改善。小元素掺杂通常有两种结果:1.替代晶格位置;2.进入晶格间隙。,室温下 RECo5、RE2Co17、RE2Fe17和RE2Fe14B饱和磁
3、化强度,二、RE2Fe14B系合金的磁性能,NdFeB 晶体结构是四方晶系。Ms=1.6TTc=312HA=5840kA/m理论(BH)m=512kJ/mHc、Br和(BH)m对环境非常敏感,因此经常作为重要的磁性能进行考察。,当RE为Pr、Nd和Sm时,化合物有最高的饱和磁化强度,其中Nd2Fe14B最高,为1.6T,其(BH)m=512kJ/m3,HA=5840kA/m,Tc=312为了进一步提高Nd-Fe-B 永磁材料的磁性能,在三元的基础上引入第四个元素。,Nd-Fe-T-B(T=Cr,Mn,Co,Ni,Al)Nd(Pr,Ce)-Fe-B MM-Fe-BNd(Pr,Ce)-Fe-B S
4、i(Al)Nd0.8Dy0.2(Fe0.86-xCo0.06B0.08Mx)5.5系合金(M=Al,Ga)这些元素的硬磁性相均有RE2Fe14B。,三元NdFeB永磁材料的成分,三、RE2Fe14B系合金的成分与性能,Nd15Fe77B8,由于富Nd和富B都是非铁磁性的。随着富钕和富硼相数量的增加,合金的Ms和Br要降低。(通过实验确定最佳的含量比),1.Nd含量对三元NdFeB磁性能的影响,最佳Nd含量为12%16%,当Nd的含量过高时,形成过多的富钕相或形成非磁性的Nd2O3,起到磁稀释导致Br降低。若Nd的含量过低,Nd12,Br也急剧下降。Hc随Nd含量的增加而增加,当含量高于36时开
5、始下降。(与晶粒长大有关),2.B含量对三元NdFeB磁性能的影响,B是促进NdFeB四方相形成的关键元素。B5时主要以Nd2Fe17形式存在,Hc和Br都很低。B68时得到最佳的Hc和Br。,3.NdFeB的磁能积和成分的关系,4.Fe含量对NdFeB永性能的影响,小 结,1.为获得高Hc的NdFeB,除B含量适当(6.08)外,可适当提高Nd的含量。2.为获得高的(BH)m,应尽可能使B和Nd的含量向Nd2Fe14B四方相的成分靠近,尽可能提高合金的Fe含量。,当材料的环境改变时(掺杂其他元素,或替代,或温度时间等),相应的磁性能就会发生变化,实际上,导致这一现象的主要原因是分子内部的磁矩
6、发生变化。,四.RE2Fe14B化合物的磁矩和磁极化强度,以RE2Fe14B化合物为基的永磁材料的磁极化强度Js是很重要的磁参量,它是该材料剩磁Br的极限值,也是决定该材料磁能积极限值或理论值(BH)m=Js2/4的磁学量。材料具有高的Js是材料获得高的Br和高(BH)m的基础。材料的Js是由原子磁矩J和分子磁矩M分子来决定的。,根据稀土金属间化合物的自发磁化理论,当RE2Fe14B化合物中原子磁矩J存在共线关系时,则它们的原子磁矩与分子磁矩有如下关系:对于轻稀土化合物对于重稀土化合物,原子磁矩,中子衍射方法测定,能带理论计算,Mssbauer谱实验技术测定其超精细场Hhf,磁测量方法,另外,
7、也可用磁测量的方法,测出质量饱和磁化强度s,再用下式计算分子磁矩式中M分子以B为单位;A为相对分子质量(摩尔数);NA为阿伏加德罗常数(6.0231023),它是气体的分子数与摩尔数之比。,当RE2Fe14B化合物中RE为无磁矩的稀土原子(如La、Lu和Y等)时:由此也可以求出化合物平均Fe原子磁矩。若已知分子磁矩M分子,,可以求出饱和磁极化强度。式中0=410-7H/m,是真空磁导率;d是密度。,1.RE2Fe14B化合物的原子磁矩,由不同研究者用中子衍射、Mssbauer谱和能带理论计算得到的RE2Fe14B化合物中不同晶位上的Fe原子磁矩和RE原子磁矩列于下表。,不同格位的Fe原子磁矩是
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