稀土永磁合金(permanent  magnetic  alloy  with  rare  earth  elements)

某些稀土族元素R(R=Ce，Pr，Nd，Sm……)与过渡族元素T_M(T_M=Fe，Co，Ni．．…•)合金化形成的永磁合金。稀土族元素与过渡族元素可以形成许多种金属间化合物，其中的一些金属问化合物如RCo₅、R₂Co₁₇，以及R₂Fe₁₄B等具有大的磁晶各向异性，很高的饱和磁化强度和高的居里温度，显示出优异的永磁特性，因此被发展成具有高磁性能的稀土永磁合金。

简史   稀土永磁合金的系统研究起始于20世纪50年代末。1959年美国人内斯毕持(E．A．Nesbitt)等发现GdCo₅化合物具有很高的各向异性，有可能成为有希望的永磁材料。1967年美国人斯特纳特(K．J．strnat)首先采用粉末冶金法制造出第一块SmCo₅永磁体，其磁性能为：Br=0.51T，H_CB=254.7kA／m，(BH)_max=40．6kJ／m³。他的成功引起了世界各国永磁材料工作者的重视，从而导致了世界范围内对稀土永磁合金的广泛研究。1968年荷兰人布休(K．H．J．Buschow)等采用等静压工艺，制造出相对密度达到95％的SmCo₅永磁体，最大磁能积(BH)_max=147．3kJ/m³，创造了永磁材料性能的记录，轰动了整个永磁界。为获得高密度的RCO₅永磁体，1969年美国人达斯(D．K．Das)等采用粉末冶金工艺，首次做出了磁性能为(BH)_max=127．4～159．2kJ/m³。的烧结型SmCo₅永磁体。随后美国人本斯(M．G．Benz)等于1970年将液相烧结工艺应用于制造SmCO₅永磁体，从而使RCo₅永磁合金的制造工艺逐步走向完善与成熟。

此后开始了RCo₅永磁体的元素代换与新的制造工艺的研究工作。例如用镨或混合稀土(MM)取代部分钐研制出(Sm，Pr)Co₅或(Sm，MM)Co₅永磁体。又如研究出用还原扩散工艺直接从稀土氧化物与钴粉的混合物中制造出(Sm _0.5 Pr _0.5)Co _0.5磁体、磁能积(BE)_max=207kJ／m³。这是第一代稀土永磁合金。在用Cu部分取代Co的研究中，美国人内斯毕特(E．A．Nesbitt)于1968年通过铸造与热处理获得了H_CJ=2284．5kA／m，(BH)max=31．8～55．7klI／m³的沉淀硬化型Sm(Co，Cu)₅永磁体。这一发现为1：5型RCo₅永磁体向2：17型R₂T_m永磁体过渡奠定了基础。1977年日本人小岛用粉末冶金法研制出(BH)_max=238．8kJ／m³的Sm(Co，Cu，Fe，Zr)_7.2永磁体，使之成为第二代稀土永磁合金。1972年美国人克拉克(A．E．Clark)等人发现将Tb2Fe化合物做成非晶态并退火后，其矫顽力可大大提高。这一发现对铁基稀土永磁合金的发展起了重要的启蒙作用。自1980年开始美国人克罗特(J．J．Croat)、科恩(K．N．Koon)等人广泛研究了铁镨、铁钕系微晶永磁体，发现加入硼后得到了具有高磁晶各向

异性的四方结构的Nd2Fe14B化合物。1983年日本的佐川真人等首先用粉末冶金法研制出高性能的钕铁硼永磁体，磁性为Br1.25T，H_CB=796kA／m，日H_CJ=875．6kA／m，(BE)_max=286．6kJ／m³，创造了永磁性能最高记录、从而宣告了第三代稀土永磁合金的诞生。目前实验室的最高水平达到(BE)max=430．8kJ／m³。1990年爱尔兰人科伊(J．M．D．Coey)等发现Sm₂Fe_l7N_2.3是继Nd₂Fe_l4B之后具有优异永磁特性的一种化合物。它的居里温度是753K，远高于Nd₂Fe_l4B、Nd₂Fe_l4B化合物Tc=585K。室温下Sm₂Fe_l7N₂₃也有大的磁晶各向异性和很高的饱和磁化强度，因此它有希望成为新一一代稀土永磁材料。目前尚处于研制阶段，被称为第四代稀土永磁合金。

分类    稀土永磁合金可分为两大类。第一大类是钴基稀土永磁合金，包括1：5型和2：17型稀土钴永磁合金，简称为RCo₅和R₂T_M17。第二大类是铁基衍土永磁合金，包括钕铁硼合金、镨铁硼铜合金、钐铁氮永磁合金及双相纳米晶稀土永磁合金。

制造工艺    稀土永磁合金的制造工艺有粉末冶金法、还原扩散法、熔体快淬法、铸造和热变形法、氢化法。

(1)粉末冶金法。使用最广的一种方法，工艺流程如图1所示。

(2)还原扩散法。用稀土氧化物作原料，通过金属钙(Ca)还原成纯稀土金属，再通过稀土金属与钴或铁等过渡族金属原子的相互扩散，直接得到稀土永磁合金粉末。工艺流程如图2所示。

(3)熔体快淬法。1984年美国通用汽车公司(GM)发明用熔体快淬法制备出钕铁硼永磁体，取名为“Magnequench”，简写成MQ磁体，使快淬铁基稀土永磁合金进入实用阶段。其中MQ₁是各向同性粘结磁体，MQ₂是各向同性热压磁体，MQ₃是各向异性热变形磁体。工艺流程如图3所示。

(4)铸造和热变形法。主要用于镨铁硼铜永磁体的制造，其工艺流程如图4所示。

(5)氢化(HDDR)法。主要用于生产高矫顽力的钕铁硼永磁合金粉。1990年英国人哈里斯(I．R．Harris)等研究开发的一种新工艺，利用钕铁硼合金铸锭能够与氢反应生成氢化物，导致晶胞体积膨胀，使钢锭崩碎成粉末，再经过歧化、脱氢和再组合处理便获得高矫顽力高磁性能的钕铁硼合金磁粉。HDDR分别代表工艺过程中的4个环节的英文字头，即Hydrogenation(氢化)→-Dispropo,rtionation(歧化)→Desorption(脱氢)→-Recombination(再组合)。工艺流程如图5所示。

用途      稀土永磁合金由于具备高磁能、高矫顽力及空间磁化矢量刚硬不易弯曲等特点，给永磁器件的设计和磁路分析带来许多新的概念和思维。采用稀土永磁合金后，不仅可以改变原有器件的结构，使之轻量化、小型化和高效力化，而且还能开辟许多新用途、新的应用领域。稀土永磁合金主要应用于以下几个方面：(1)电机工程。各种永磁式电动机和发电机，机电制动器及电流控制器。(2)微波通信工程。磁控管，行波管，阴极射线管，微波隔离器，环行器等。(3)磁力机械。磁性耦合器，磁制动器、磁悬浮轴承，磁性分离器，磁性阀及磁性夹具等。(4)电声器件。扬声器，话筒，拾音器和电声传感器等。(5)仪器仪表。各种磁电式仪表和各种石英电子钟表。(6)医疗健身方面。核磁共振成像装置，静磁医疗磁片，磁性项链等。(7)其他方面。磁化除蜡器，磁化净水器，磁化减烟节油器等。