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第三章 金属磁性材料(硬磁) 上节内容回顾 本节主要内容 知识点 作业 上节内容回顾 3.1 金属软磁材料 3.1.1 软磁材料的重要指标 3.1.2 纯铁和低碳钢 3.1.3 铁硅合金 3.1.4 镍铁合金 3.1.5 非晶态软磁合金 3.1.6 软磁合金应用举例 本节主要内容 3.2 金属永磁材料 3.2.1 永磁材料的重要指标 3.2.2 铝镍钴永磁合金 3.2.3 稀土永磁合金 3.2.4 可加工永磁合金 3.2.5 半永磁合金 3.2.6 液态急冷永磁合金 3.2.7 永磁合金应用举例 磁性及其产生机制 主要的高磁导率材料 主要的高矫顽力材料 永磁材料的发展历史 永磁材料的发展先后经历了金属永磁材料、铁氧体永磁材料、稀土永磁材料、纳米结构永磁材料等几个发展阶段，超导永磁体则是学术界近年来提出的一种新概念永磁体。 1900-淬火马氏体钢 1917-含有W、Cr、C的钴钢 1931 -铸造AlNiCo系永磁合金 1950 -磁铅石型钡铁氧体永磁材料BaM 1963 -锶铁氧体永磁SrM 1968 -第一代稀土永磁合金SmCo5系永磁合金 1972-第二代稀土永磁合金RE2Co17型化合物 1983-第三代稀土永磁合金NdFeB系永磁合金 1990-第四代稀土永磁合金SmFeN和SmFeC系永磁合金 2000-复相纳米永磁合金——交换弹性耦合合金 最大磁能积的发展历程 永磁材料的发展趋势 开发性能优于NdFeB的第四代稀土永磁仍是各国竞争的焦点。 交换弹性耦合合金 纳米复合永磁作为目前最有前途的永磁材料，具有四个方面的优势：（1）高的磁能积；（2）高的剩磁Br；（3）相对高的矫顽力；（4）低的稀土含量 纳米晶交换耦合永磁材料是目前最有前途的材料. 超导永磁体则是在低温下使用超强永磁体的另一种可能的选择. 目前学术界比较一致的看法是，研究如何进一步提高传统永磁材料的性能的余量都已经不是很大，其发展正朝着提高综合性能指标的方向发展。 交换弹性耦合 交换弹性耦合合金也称为“弹簧磁体”或“双相纳米晶复合永磁合金”等，其基本物理思想是：软磁材料的Ms高，但其内禀矫顽力Hcj很小，永磁材料的Hcj很大，但Ms较低，因此，若能将这两种材料通过一定的工艺复合在一起，通过线度均在纳米级的两种磁性相晶粒间的铁磁耦合，就可以构成整体的高性能永磁材料；即利用交换耦合相互作用使得具有高Ms的软磁相与具有高磁晶各向异性的硬磁相相耦合，这样，获得的磁性相在磁化时就不易受外界磁场的影响而反转，因而这种新型磁体就具有高的Ms并且Hcj也很高，此即纳米晶交换耦合永磁材料或双相耦合型纳米晶稀土永磁材料。对于这种由复合相构成的纳米复合磁体，当磁性相分别是稀土系磁性化合物和Fe时，其(BH)max的理论值高达1000kJ/m3(126MGOe) ，相当于现用磁性最强的稀土NdFeB磁体的两倍。 3.2.1 永磁材料的重要指标 永磁材料的定义:高矫顽力、高剩磁、宽磁滞回线.. 永磁材料的重要指标 剩磁Br和表观剩磁Bd 开路磁导线OP 磁导系数P 退磁因子N 矫顽力Hc（两种定义、HcMr、） 静态最大磁能积（BH）m和最大有用回复磁能积（BH）u 稳定性 提高永磁合金磁性能的基本途径 提高剩磁Br：1）定向结晶、2）磁场处理或塑性变形、3）磁场成型。 提高矫顽力Hc：1）磁畴磁化矢量的不可逆转动、2）畴壁的不可逆位移 永磁材料的重要指标 Br和Bd 开路磁导线OP 磁导系数P 退磁因子N 矫顽力Hc 永磁材料的重要指标 静态最大磁能积(BH)m 最大有用回复磁能积(BH)μ 稳定性 提高永磁合金磁性能的基本途径 提高剩磁Br 1）定向结晶:控制工艺条件（熔融铸造时，控制冷却条件），使大多数晶粒沿同一方向结晶长大，最后形成柱状晶结构。 2）磁场处理或塑性变形－铁磁相的析出形态，使磁矩择优取向….. 3）磁场成型-易磁化方向排列 提高矫顽力Hc 1）磁畴磁化矢量的不可逆转动：磁晶各向异性、形状各向异性和应力各向异性。（单畴颗粒） 2）畴壁的不可逆位移：内应力、掺杂、晶界、各向异性、畴壁钉扎效应（钉扎场）…. 磁畴的不可逆转动机制 畴壁的不可逆位移 缺陷越少越好，缺陷是材料中反磁化核的主要成核中心。 适当增大非磁性掺杂含量并控制其形状(最好片状）和弥散度（使掺杂尺寸和畴壁尺寸相近）。 选择磁晶各向异性高的材料。 选择高磁指伸缩材料，提高内应力起伏。 在稀土永磁中，强烈的钉扎效应是提高矫顽力的重要原因。 3.2.2 铝镍钴永磁合金 铝镍钴合金相图：铁镍铝三元合金相图、铝镍钴合金相图 影响铝镍钴合金磁性能的主要因素 成分的影响：基本成分、铜、钴、钛、铌 热处理的影响：固溶处理、磁场冷却或等温磁场处理、回火处理