[发明专利]新型双相稀土永磁合金材料

说明书

本发明涉及铁基合金和硬磁合金材料领域。

永磁材料的发展从二十世纪初至今经历了三个里程碑，它们是以最大磁能积和内禀矫顽力的改进作为划分标志的。从本世纪初的高碳钢到Alnico为永磁材料发展的第一阶段。三十年代开发的铁氧体为第二个里程碑。六十年代问世的稀土永磁则是第三个里程碑。

稀土永磁体按其开发的先后也可分为三代：含稀土元素约17at%的RCo型（R代表Sm，Ce等稀土元素金属）磁体，是为第一代稀土永磁，它的磁能积在10-20MGOe之间，内禀矫顽力iHc＝5-15KOe，剩磁Br＝0.6-0.95T。含稀土元素约11at%的R2（Co，Cu，Fe，M）17型（M代表Zr等元素）磁体是为第二代稀土永磁，其磁能积在14-30MGOe之间，iHc＝6-30KOe，Br＝0.8-1.15T。含稀土元素约12at%的R    Fe    B基稀土磁体是为第三代稀土永磁，其磁能积在20-38MGOe之间，iHc＝8-17KOe，Br＝1-1.2T。第一、二代稀土永磁均含稀贵的钐和钴，资源少，价格昂贵，并且不能获得长期稳定的供应，因此以钐、钴为基的永磁材料很难获得大规模的使用。第三代稀土永磁以储量丰富的钕（Nd）取代稀贵的钐（Sm），战略物资钴（Co）则被铁所取代，并含微量硼。其磁体性能优于前两代磁体，故很快得到了广泛的应用。但是这类磁体居里点低（Tc＝308℃），热稳定性较差，易于氧化腐蚀。

本发明的目的在于：在第三代永磁基础上寻求新一代含稀土更少，而永磁性能优良、温度特性好并且价廉的永磁体。

本发明目的通过以下措施完全达到了：以铁磁性过渡金属Fe和硼（B）的亚稳化合物Fe₃B为基，加入少量一种或一种以上的稀土元素（R），使Fe₃B稳定化，并且形成适量的永磁性相：R₂Fe₁₄B相，构成双相结构，从而使整个合金具有良好的永磁特性。

以下对本发明稀土永磁合金材料进行详细说明。

在磁性材料的特性中，最大磁能积（BH）max是综合表征材料永磁特性的参数。它既取决于材料的饱和磁化强度Ms，也取决于其内禀矫顽力iHc。换言之，要探索具有优良永磁性能的材料，则必须兼顾Ms与iHc。iHc是结构敏感的，它与材料的内禀特性-各向异性场强Ha相关。

在已知的合金中，饱和磁化强度值最高的是FeCo合金，其4πMs＝24.5KG，可惜这种体心立方相的磁各向异性太低，不可能达到所需的矫顽力。另一方面，也存在一系列具有强单轴各向异性的化合物，如MnBi和某些六方稀土-过渡金属间化合物。其中的佼佼者已成为第一、二代稀土永磁的基相，而其余的则因饱和磁化强度太低，也做不成实用的永磁体。

这就触发了一种构思，既然难于找到兼有高Ms与Ha的化合物或单相磁体，何不将分别具有高Ms和Ha的两种化合物混合而制备出兼有高Ms和高iHc的实用磁体呢。

实际上，在永磁材料开发的历史上，添加微量元素在基相中造成第二相的弥散析出，从而实现磁硬化的情况并不乏其例。而且，在开发第二代稀土永磁Sm₂Co₁₇时，发现纯粹的单相磁体得不到好的磁性能，主要是矫顽力太低。适当调整成分并采用合适的热处理制度，使Sm₂Co₁₇的晶胞普遍被SmCo₅的薄层网络所包复时，则矫顽力显著提高。由此可见，具有最佳性能的第二代稀土永磁实际上并不是单相磁体，而是由2∶17主相与1∶5次要相构成的双相磁体。磁体的高Ms归因于主相，而高Ha则归因于次要相（R.W.Lee.J.Appl.Phys.52（3）.PartⅡ（1981）.2549），最近沈保根等制备了快淬Nd₂Fe₁₄B与Nd₁₁Fe₄B₄假双相合金，并研究了成分和热处理对于试样的矫顽力、微观结构和晶化的影响（B.G.Shen.etc.J.de Physique.49.（1988）.615）。

本发明公开的新型双相稀土永磁合金系正是在上述基本构思指导下开发成功的。