什么是稀土钴硬磁合金?

[拼音]：xitugu yingci hejin

[外文]：rare earth-cobalt hard magnetic alloys

是稀土金属与钴组成的金属间化合物硬磁合金。其中，稀土金属主要是钐、镨、铈和一部分重稀土金属或它们的组合；钴可以部分地以铜、铁或其他过渡族金属取代。

美国内斯比特 (E．A．Nesbitt)等和哈伯德(W．H．Hubbard)等先后于1959及 1960年研究了GdCo5化合物的铁磁性质和单轴磁各向异性。1966～1967年，美国施特尔纳特(K.J.Strnat)和贝克尔（J.J.Becker）分别制成了有实用价值的YCo5和SmCo5粉末压制磁体。1968年，荷兰布绍(K.H.J. Buschow)用流体静压方法制成磁能积为18.5MGs·Oe(1MGs·Oe≈8kJ/m3)的SmCo5粉末压制磁体。1969年美国达斯(D.K. Das)用固相烧结法、1970年美国本茨(M.G.Benz)等用液相烧结法制成性能稳定、磁能积为20MGs·Oe的SmCo5的磁体；从此开始了稀土钴硬磁合金的工业规模生产。这一时期还出现了还原扩散法制备RCo5(简称1-5型，R表示稀土元素)合金的新工艺。1971年系统地研究了R2(Co，Fe)17（简称2-17型）赝二元化合物，理论上估计磁能积上限为60MGs·Oe。1973～1975年日本制成相分解硬化型的Sm(Co，Cu，Fe)7硬磁合金，1977年进一步制成磁能积为30MGs·Oe的Sm(Co，Fe，Cu，Zr)7·4硬磁合金。1980年，这种2-17型合金磁能积达到33MGs·Oe。中国于1969年研制1-5型烧结磁体。70年代以后，陆续制成 Sm（Co，Cu，Fe）7高性能辐向磁体、磁能积为30MGs·Oe的磁体以及低温度系数磁体等 2-17型稀土钴硬磁合金。现在已能生产多种稀土钴硬磁合金。

稀土钴金属间化合物硬磁合金为六方晶系，磁晶各向异性极强，内禀矫顽力和磁能积很高，居里点高。

一般分为五类：

（1）矫顽力大的1-5型合金，如SmCo5。室温时的矫顽力最高值为60kOe。

（2）廉价稀土钴合金，如Ce(Co，Cu，Fe)5。因使用价廉的铈或混合稀土金属而使合金的价格明显降低。

（3）高磁能积 2－17型合金，如Sm（Co，Cu，Fe，Zr）7·4。适当调整成分和热处理工艺，也可达到较大的矫顽力。

（4）低温度系数合金。重稀土金属Gd、Dy、Ho和Er等取代部分Sm，使合金的磁化强度在-50～+100℃范围内几乎不随温度变化，磁化强度的可逆温度系数在此范围内可控制在0到7×10-5℃-1以内。由于重稀土的加入，饱和磁化强度明显降低。1-5型低温度系数合金的磁能积较低，但2-17型低温度系数合金的磁能积已达22MGs·Oe。

（5）粘结磁体，以树胶、塑料或软金属粘结的稀土钴合金粉末压结体。与 1-5型粘结磁体相比，2-17型合金所制成的粉末粘结磁体在保持较大矫顽力条件下可密集充填，所以磁能积较高，已达16～19MGs·Oe。各类典型稀土钴硬磁合金的性能见附表。最佳磁体的去磁曲线见图1。

稀土钴硬磁合金的种类较多，但决定硬磁性能的矫顽力机制主要为下列两种：

（1）单相合金中反磁化畴在缺陷处的成核；成核愈难，矫顽力愈大。

（2）多相合金中析出相作为磁畴壁的钉扎中心阻滞壁移；钉扎愈强，矫顽力愈大。1-5型合金的矫顽力主要由成核决定，但实际上晶界对畴壁也有显著的钉扎作用。2-17型合金的矫顽力主要决定于钉扎。这类合金经高温固溶以获得合适的均匀基相，再经较低温的时效处理以形成最佳分布的胞状微结构(图2所示)，胞壁和胞体具有不同的畴壁能而钉扎畴壁。在磁化和反磁化过程中，成核与钉扎对应着不同的磁化行为，它们的初始磁化曲线及去磁曲线具有不同的特征，如图3。

稀土钴硬磁合金特别适用于要求磁体体积小，产生的磁场强度大和磁体呈薄片（垂直于片平面方向磁化）状的场合。一般用于电机装置（如精密直流电机）、粒子束聚焦系统（如行波管）、家用电器（如薄形扬声器）、磁悬浮技术（如磁轴承）、仪器仪表（如电子计算机中的打印机和陀螺仪中的力矩器），以及医疗器械等。图4为中国制造的挠性陀螺仪力矩器，其中采用了Sm(Co，Cu，Fe)7辐向磁体。

稀土硬磁合金大致有三种制造方法：

（1）冶炼-制粉-烧结法；

（2）还原扩散-烧结法；

（3）粉末粘结法。在上述方法中，熔炼、烧结、热处理等都应在氩气保护下进行。制粉时以氮或氩气进行气流磨粉，或在液体介质中球磨制粉。在制备稀土钴硬磁合金磁体或部件时，常用磁取向、等静压、磁硬化等技术。

参考书目

E.A.Nesbitt & J.H.Wernik，Rare Earth Permanent Magnets，Academic Press，New York，1973.K.J. Strnat， Rare Earth Magnets in PresentProduction and Development， J. Magnetism and Magnetic Materials，Vol.7，pp.351～360，1978.