新型的不含钴的高性能烧结永磁体

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1985.03.017 北京钢铁学院学报 1985年第3期 新型的不含钴的高性能烧结永磁体 张黎东李霖呼琴周寿增 耕密合金教研室 摘 要 本文测量了Fe76Pr1BB8烧结永磁体的室温各向异性场HA=85KOe,磁晶 各向异性常数K=4.2×107erg/cm3,磁体的磁能积已达到37MGOe。研究了各 种工艺因素，诸如烧结温度，回火温度与时间等对烧结磁体性能的影响。 引 言 Sm-Co永磁体含有40~70wt%Co和20~40wt%Sm。钻是战略物资，钐在稀土矿中 储量较少，只有1~4%。Sm-C0永磁体的价格昂贵，限制了它的推广应用。自70年代末 起，永磁工作者致力于寻找不含钴和钐的稀土永磁体(1)〔2)。1981年用急冷法制取的Fe-Pr -B薄带永磁体，矫顽力达到~20K0e(2),1982年其磁能积达到8.5MG0e(2)。1983年用 快淬然后回火处理的办法使Fe76Pr1 eBsSis的薄带状永磁体的矫顽力达到~l5KOe,磁 能积达到13MGOe。c3c4)同一年用粉末治金法制取的F©77Nd1sBg大块永磁体，磁能积 达到36MGOe。我们用粉末冶金的方法制造的Fe-Pr-B永磁体，磁能积达到37MGOe。错 在稀土矿中的贮量虽然比Nd少，但比Sm要多，相当于Sm贮量的3~5倍。目前生产的错 除了用做错黄（氧化物）外，还用来制造Pr-Co永磁体。Fe-Pr-B永磁体，不仅磁能积 比PrCos或Smo.sPro.sCos高，而且不含钻。用Fe-Pr-B永磁体取代PrCos2永磁体，可大 量节约金属钻。发展Fe-Pr-B永磁休是很有意义的。本文研究了Fe76Pr1GBs烧结永磁体 的磁性与工艺因素，诸如烧结、回火处理等对性能的影响。 实验方法 用粉末治金法制造样品。原材料F、Pr、B为商品纯，用真空炉熔炼。钢锭粗破碎后 球磨至2~5μm,在~18KOe磁场下取向，用橡皮模准等静压成型，压力约4~7吨/cm2。 坏于1010~1100℃下烧结，于350~700℃回火处理。起始磁化曲线和退磁曲线分别用提 拉法（超导磁场70KO)和CL-6磁性测量仪测量。用X射线衍射仪作相分析，用扫描电 镜作半定量的相成分分析。 42

北 京 钢 铁 学 院 学 报 年 第 期 新型的不含钻的高性能烧结永磁体 张 黎 东 李 霖 呼 琴 周寿增 精 密合金 教研 室 摘 要 本文测量 了 。 ， 烧结永磁 体的室 温 各 向异性场 ， 磁 晶 各 向异性常数 “ ， 磁 体的磁 能积 已达到 。 。 研究 了各 种工 艺因素 ， 诸 如烧结温度 ， 回火温度与时 间等对烧结磁体性能的影响 。 引 言 一 。 永磁体含有 。 和 。 钻是 战略物资 ， 衫在稀土 矿 中 储量较少 ， 只有 。 一 。 永磁 体的价格 昂贵 ， 限制 了它 的推广应用 。 自 年 代 末 起 ，永磁工 作者致力于寻找不含钻和衫的稀土永磁体〔 〕 。 〕 。 年用急冷法制取的 一 一 薄带永磁体 ， 矫顽力达到 〔 “ 〕， 年其磁能积达到 〔 ，。 年 用 快淬然后 回火处理的办法使 。 的 薄带状永磁体的矫顽力达 到 ， 磁 能积达到 。 〔 〕 〔 〕同一 年用粉末冶金法制取的 ，。 大块永磁体 ， 磁 能 积 达到 。 我们用粉末冶金的方法制造的 一 卜 永磁体 ， 磁 能积达到 。 错 在稀土矿 中的 贮量 虽然比 少 ， 但比 要 多 ， 相 当于 贮量的 倍 。 目前生产 的 错 除了用做错黄 氧化物 外 ， 还 用来制造 一 。 永磁体 。 一 卜 永磁体 ， 不仅 磁 能 积 比 。 或 。 。 。 高 ，而 且不含钻 。 用 一 一 永磁体取代 永磁体 ， 可大 量 节约金属钻 。 发展 一 一 永磁体是很有意义的 。 本文研究 了 。 ， 。 烧结 永磁体 的磁性与工 艺因素 ， 诸如烧结 、 回火处理等对性能的影响 。 实 验 方 法 用粉末冶金法 制造样品 。 原材料 、 、 为商品纯 ， 用真空 炉熔炼 。 钢锭粗 破 碎 后 球磨至 林 ， 在一 磁 场下取 向 ， 用橡皮模准等静压成型 ， 压 力约 吨 “ 。 坯 于 ℃ 下烧结 ， 于 ℃回火处理 。 起始磁化 曲线和退 磁 曲线 分 别 用提 拉法 超 导 磁 场 和 一 磁 性测量 仪测量 。 用 射线 衍射仪作 相分析 ， 用 扫描 电 镜作 半定量 的相成分 分析 。 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1985．03．017

实验结果与讨论 成分为Fe7Pr16Bs的永磁体经制粉压型烧结后，磁性能可达到Br=12.9KGs,mHc =11.7KOc,(BH)m-37MGOe。在室温下测得的‖C和LC轴的起始磁化曲线如图 1。作出高场下的M~京曲线，外推到日=0而得Ms为1040Gs。由！C和⊥C轴初始磁 化曲线的交点得各向异性场为HA=80KOe,各向异性常数K:约4.16×107erg/cm3。此值 略高于Fc-Nd-B烧结永磁体的K1值c5)。图2所示的Ms~T曲线是在16KOe测得的。根 据M2~T规律确定的居里温度为322℃。 0 LC精 P076r163g 309E 10 0 3040 50 60 70 旺（中） 图1 Fe7gPr16B永磁体的IC和LC的初始磁化曲线 12 H-16KC 1% 35 ?) l图2烧结Fe7cPr1uBs磁体的Ms~T曲线(16KOe) 43

实验结果与讨论 成分为 。 。 。 的永磁 体经 制粉压 型烧结 后 ， 磁 性能可 达到 ， 。 ， 二 。 在室 温 下测得 的 和土 轴的起始磁 化 曲 线 如 图 。 作 出高场下的 一 弄曲线 ， 外推到 尖 。 而得 为 。 、 。 。 由 和土 轴初 始磁 ” ’川 ’ 冲 ’ 卜 子 ‘ 一 阳 ’ 产 ’ 丙 少切 “ ’川 ‘ ’ 一 ’ 一 ， ‘ ” ’ “ 一 “ 囚 ’‘ 一 ’ ‘ 卜‘ 一 一川 闪 川 触 化 曲线 的 交点得各向异性场为 ， 各向异性常数 约 又 。 此 值 略 高 于 一 一 烧结永磁体的 值〔 〕 。 图 所示的 曲线是在 测得 的 。 根 据 ’ 规 律确定 的居里温度为 ℃ 。 巨钟‘ 曰 口“ ‘ ‘ 臼卜 ，为 二姿， 司月 ，目 ，口内 ，， 一 确书， 一 一 － 一 一 ，口二口 二二二二二二 ， ， ， 一 ’ 一 一口 一一 一一口 二 枯 夕 护 ，‘ 、 公 ，钾‘ 畜布八︸侧理合色 匆 七 ︸ 心﹃ 甘﹄ 协‘ 月诊 幼价 口价 图 了。 永磁体的 刀 和上 的初始磁化曲线 省粉胭枷 乃与 李 少七 ‘ ，， 图 烧结 。 ，。 。 磁 体的 曲线

烧结温度，回火温度和580℃时回火时间对磁体性能的影响分别见图3、图4及图5 可见在1050~1070℃间烧结可得到较好的性能。烧结温度高于1080℃磁性能恶化。在580 ℃回火处理过程中，Br几平没有变化，mHc和(BH)m值随回火时间的变化是不同步的。 在120分钟，矫顽力mHc出现最大值。而磁能积在20~30分钟左右达到最高值。回火时间 长于40分钟后(BH)血的降低与退磁曲线的凸度下降有关。继续延长回火时间，！ 则退磁曲 线出现小的曲折。 0 t=90分 30 13. 30 0 27 530550570590610830650 21 词火温度(：C) 100 J060 1080 1100 图4 接() l回火温度对Fe76Pr16Bg性能的影莓 35 0 0 (1工 25 1040 1060 10801100 ,60 烧结温度（℃） 时（分） e6) 110 1040 1060 1080 烧洁温度(L) 图3 烧结温度对Fe76Pr16Bg磁 0 49 8010G 120 体性能的影响 时问（分） 图5580℃回火时间(x)对Fe76Pr16B8烧结磁 体性：能的影响。 在F©s-yPr1sB,系中，B的含量y对四方相的形成行决定性的作用。当y=O时，合金主柴 是Th2Zn17型结构（空间群R3m)(6c7的PrFe7相。当y=8时，合金转变为四方相，见图6。 起始磁化曲线的特征表明介金的磁化与反磁化过程似乎是磁畴的形核与长大来决定 的。矫顽力主要决定丁反磁化畴的形核与长人场。 图7是磁能积为33MGOe和231GOe磁休的金相显微组纠。在两种情况下都是多相 的。黑色相大部分沿品界分布。基本有两种颜色不同的晶粒。一种是白色的，另一种是灰： 色的。图8(a)中的A和B相区的能谱分析结果分别示图8(b)和(d)。说明合金的基体相 是四方相，沿晶界分布的黑色相是富Pr相。对比图7()和(b)表明，富Pr相的数量，大 44

烧结温度 ， 回 火温度和 ℃时回火时间对磁体性能的影响分别 见图 、 图 及图 可 见在 ℃ 间烧结可得到较好的性能 。 烧结温度高于 ℃ 磁性能 恶化 。 在 ℃ 回火处理过 程 中 ， 几 乎没有变化 ， 和 值随回火 时 间的 变化是不 同步的 。 在 分钟 ， 矫 顽力 。 出现最大值 。 而磁 能积在 分钟左右达到最高值 。 回 火时 间 长于 分钟后 的降低与退磁 曲线 的凸度下 降有关 。 继续延长 回火 时 间 ， 则退磁 曲 线 出现小的 曲折 。 二 刘 分 ，山孟飞止几 留‘日半与佗 言落 一 肠 ” 一 森、 丽 ’ 肠 。 丽 。 丽。 毛 ， “ 吞 一 “ 。 回 火温度 呈 、己才巴竺。二 “ 而丽 决结抓，之 ’ 幼 图 回火温度对 。 。 性能 的影 昌 口 一 口一 ， 曰 一一 ︵口写︶。 一一一一一门 丫石乃口鑫 ︸ 四自 ， 懊 二 二 尸 二 一 一 咚 一 一 户 奋 ， 一 …， ‘ 加产动 ， 少 烧结温度 ℃ 时间 分 、 厂 ‘ 。 ， 犯 ︵。舀 ‘ 乃令吕。 入八 川获 人 烧结温度 曰 ， 吧 、 ‘ 坷 “ 匕 图 烧结温度对 ， 磁 。 体性能的影响 么 石全问 分 图 回 火时 间 丫 对 。 烧结 磁 体性能的影响 。 在 。 、 一 ， ， ， 系中 ， 的 含量 对四方相的 形成有决定性的 作用 。 当 二二 时 ， 合金 主要 是 型结 构 空 间群 〔 ，〔 ，的 了相 。 当 时 ， 合金转 变为 四方相 ， 见 图 。 起 始 磁化 曲线 的特征表 明 介金的 磁 化与反 磁化过 程似乎是 山磁畴 的形 核与 长大 来决定 的 。 矫顽 力主要 决定于反磁 化畴 的形 核与长大 场 。 图 是 磁能积 为 和 磁 体的 金 相显 微组 织 。 在两 种情况 ‘ 都 是 多 相 的 。 黑 色相 大部分沿 晶界分 布 。 基 本有两种颜 色不 同的 晶粒 。 一 种是 白色的 ， 另一种 是 灰 色的 。 图 中的 和 相区的 能谱分析结果分别示 图 和 。 说明合金 的基体相 是 四方 相 ， 沿 晶界分 布的黑色 相是富 相 。 对 比图 和 表明 ， 富 相的 数 量 ， 大

小与分布对磁体的性能有较人影响。 Prrer 30) Y=0 M 629 (22 (1) (12) (ITE) 222) 1202 Y=8 WM 60 50 50 20 20- 图GFe84-,Pr16B,系的X射线衍射分析的结果(y=0及y=8) 231G0e (a) (b) 图7磁能积(BH)m为33MGOe(a)23MGOe(b)的金相显微组织 0SEC101192INT 58B8H528EC日 10m2 (a) (b) 45

小 与分布 对磁 体 的性能 有较大影响 。 、 阅 口吃‘ ， ， ，，喊口 辛 油叫月七峨 洲 ，，，， ， 州，渔‘ ，吧淤 ， ‘ 舀 巴 书 二老沪 几， 只卜 ，吧户 的召以 厂 即 “ 电子之 ︵的奋 以含邸巴 ︶貂叮︵ 勺示匀 产、 鱿匀 铆 闷 弓 丁 贫 仓 。 曹 盛崎气几宫 ‘ 咭 钊 。 二 、 韶 五弓矿 塑还必巡 二 以 汤 ‘ 户喃 研 ， ， 七 志 只 图 日 ， ， ， 系的 射线衍穷分 析的结果 竺二卫、 二 。 及 “ 塾娜滋 磁 能 积 。 为 。 不 人 的金 相显 微组织 户 、 二 户

05SEC1014B81w S烫0亮68 55000H20Ey/CH6 50H528EY/CN 平均成分 194 (c) (d) 图8 FePrB磁体的扫描电镜照片及能谐分析结果 本文作者得到精密合金教研室许多同志的帮助与文持，得到中国科学院物理研究所的 攀世勇，李静元同志作提拉法测试的帮助，同时也得到了北京治金研究所张士杰同志熔炼 母合金的帮助，特表示感谢。 参考文献 (1)G.C.Hadjipanyis et al.,"magnetic hysteresis in rapid quenched RE alloys"JMMM,to be published (2 H,H,Stadelmaier,N,A.Elmasry S,Cheng,Materials Letters 2(1983)169-172. [3)G.C.Hadjipanayis,K.R.Lawless R.C.Hazelton,J.Appl.Phys.55, 2073-2077(1984). (4]G.C.Hadjipanayis,R.C.Hazelton K.R.Lawless,J.Appl,Phys, Lett.43,797(1983), (5]M.Sagawa et al.,J.Appl.Phys.55,2083-2087 (1984). [6)A,E,Ray,Acta cryst.21(1966),426. [7]A.E.Ray,Acta cryst.B24 (1968),274. 40

图 磁体的扫描 电镜照 片及能谱分 析结果 本文作者得到 精密合金 教研室许 多同志 的帮助 与支持 ， 得到 中国科 学院物理研究 所的 攀世勇 ， 李静元 同志作提拉法 测试 的帮助 ， 同时也 得到 了北京冶金研究 所张士 杰同志熔炼 母合金 的帮助 ， 特表示 感谢 。 参 考 文 献 〔 〕 ， ，’ “ ， 〔 〕 ， ， 一 〔 〕 ， ， ， 一 〔 〕 ， ， ， 〔 〕 ， ， 一 〔 〕 ， ℃ ， 〔 〕 ，

A NEW TYPE OF HIGH PERFORMANCE COBALT FREE PERMANENT MAGNETS Zhang Li dong,Li Lin Hu,Qin Zhou,Shou zeng Abstract Room temperature anisotropy field of 85KOe and magneto-crystalline an- isotropy constant of 4.2x 107erg/cm3 for sintered FezePri6Ba bulk permanent magnets were measured.The energy product of the sintered magnet is up to 37MGOe,The influences of process factors such as sintering temperature and annealing temperature and time etc.on magnetic properties were studied. 、 、 47

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