双相纳米晶稀土永磁合金(RE permanent magnetic alloy with nanometer dual plaase)

含有永磁性相和软磁性相复合结构、晶粒尺寸为纳米级的稀土永磁合金。由于这种合金是以纳米晶的两种强磁性相(软磁相和永磁相)的相互作用机制出发的，所以又称交换弹性耦合合金。

简史  1988年荷兰学者科埃霍尔恩(R．Coehoorn)等和德国学者科奈莱尔(E．F．Kneller)等先后研究和开发了一种全新概念和机理的永磁合金——双相纳米晶稀土永磁合金。与传统的永磁合金不同，这种合金内至少含有两种主要强磁性相：一种是软磁性相；另一种是永磁性相，其中软磁性相占合金总体积的10％以上。例如Nd₄Fe₇₇B₁₉合金，是由85％的软磁性相(73％的Fe3B+12％的α—Fe)和15％的永磁性相(Nd₂Fe₁₄B)组成。当合金的平均晶粒尺寸d≤10nm时，两种相之间产生交换耦合作用，从而得到了高的剩磁和矫顽力。因为根据微磁学理论计算，当合金中平均晶粒尺寸为10nm时，软磁性相中的磁矩几乎都与永磁相中的磁矩相一致，Br／Bs鼠可达O．79。而当晶粒尺寸为40nm时，由于杂散场的作用抵消了粒子之间的交换作用，即杂散场效应使粒子间的交换作用仅仅作用在软磁相的界面附近，因此Br／Bs=O．66。此外，软磁相与永磁相之间的交换作用抑制了软磁性相中反磁化畴的形核及长大，软磁相中的反磁化畴的形核可引起邻近永磁相中的磁化强度反转，这种作用取决于两相分布、晶粒形状、易磁化轴的方向等因素。一些科学家通过研究认为：添加少量其他元素如硅、铝、钒、钴和镓等以置换部分的铁和硼，可使磁性近一步提高。例如Nd_4.5Fe₇₃Co₃Ga_lB_18.5合金，用熔体旋淬工艺制成条带(鳞片)，经700℃×5min退火后，微结构由三个相组成即Nd₂Fe_l4B占30％、Fe₃B占65％、α—Fe占5％，所有相的晶粒都呈球形，晶粒直径为10～20nm，磁性为Br=1．2T，Hcj一340kA／m，(BH)_max=127．8kJ／m³。用这种鳞片做成的粘结磁体，密度为6．Og／cm³时磁性达到Br=0．86T，HcJ=310kA／m，(BH)_max=66．1kJ／m³。

生产工艺纳米晶稀土永磁合金主要采用熔体快淬工艺制造，由于这类磁体的成分决定其必须具有纳米晶结构，所以宜采用这种粉末制备粘结磁体。使用烧结方法易使晶粒长得粗大，得不到纳米晶，所以不适用。

特点 (1)合金具有软磁性相和永磁性相复合结构。其中软磁性相要在l0％(体积分数)以上。(2)合金必须具有纳米级晶粒尺寸，只有纳米晶(最好d≤10nm)，两相之间的交换作用才起主导作用，从而使这种各向同性合金的剩磁高于传统各向同性永磁合金的剩磁。(3)这类合金的典型成分是Nd_3~5.5Fe_78.5~76B_18.5一合金中稀土含量较少，仅含(3～5．5)％(原子分数)，因此成本较低；温度稳定性也比烧结和快淬的Nd₂Fe₁₄B合金好，例如Nd_5.5Fe₆₆Co₅Cr₅B_18.5合金的α_βγ=-0．09％℃，α_Hc=-O．32％／℃ 。此外抗氧化性和耐腐蚀性也较好。(4)具有极高的潜在的最大磁能积值。因为根据微磁学理论计算，如果以取向的永磁性相做骨架，软磁性相嵌镶在其中的两相合金为模型，对于Sm₂Fe₁₇N₃系，当永磁性相仅占7％体积时，其理论最大磁能积为880kJ／m。；对Sm₂Fe₁₇N₃／Fe₆₅Co₃₅合金，永磁性相占9％时，其理论最大磁能积为1090kJ／m³。

应用这种合金的粘结磁体，由于其成本比普通NdFeB粘结磁体的低很多，温度稳定性及抗氧化性也略好，所以在一定范围内如汽车仪表、小型步进电机或者复印机磁辊等用途中完全可以应用，因为合金有较高的剩磁。缺点是矫顽力偏低，影响了使用范围。