高磁能积低温度系数的铁基永磁合金的磁性能与组织结构

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1988.03.007 北京钢铁学院学报 第10卷第3期 Journal of Beijing University Vol,10 No.3 1988年7月 of Iron and Steel Technology July 1988 高磁能积低温度系数的铁基永磁合金 的磁性能与组织结构 周寿增郭灿杰呼琴李春和 (功能教研宝) 摘要 本文研究了Co和AI的添加对NdFeCoAlB永磁介金磁性能与纽织结树的 彩响。获得一种磁能积为278.6~318.4kJ/m、(35~40MG0c),磁遮可逆温度 系数a2g1~73K=-0.06~-0.08%/K的NdFeCoA1B系5元介金。Co非要 进入四方相，提高合金的居里点，降低磁惑可逆温度系数。当含C0鞋较高时，在 合金中形成了具有MgCu2型结构的Nd(FcCo)2相，使合金永磁性能恶化。AI 主要进人四方相，使四方相品粒和富B相块度细化，提高了合金的娇顽力。进一 步提高A含量时，在合金中形成了新相，使介金永磁性能恶化。 关键诃：稀土永账，娇顽力 The Magnetic Properties and Microstructure of Fe-based Permanent Magnet with High Energy Product and Low Temperature Coefficient Zhou Shouzeng,Guo Canjie,Hu Qin,Li Chunhe Abstract The effects of Co and Al on magnetic properties and microstructure of Nd-Fe-B alloys are studied in this paper.A magnet with energy product of 278.6~318.4 kJ/m3 (35~40 MGOe)and reversible temperature coefficient (a), of -0.06~-0.08%/K at 293~373 K is abtained.Cobalt atoms enter in the 1987-11一17收稿 317

北 京 钢 铁 学 院 学 报 第 卷第 期 年 月 ， 高磁能积低温度系数的铁基永磁合金 的磁性能与组织结构 周寿增 郭灿杰 呼 琴 李春和 功 能 教研室 摘 要 本文研 究 了 。 和 的 添 加对 永磁 介金 磁 性 能 与组 织 结构的 影响 。 获 得一 种磁 能积 为 。 ， 磁 感 可 逆温 度 系数 。 一 一 的 系 元 合金 。 二毛要 进 入 四 方 相 ， 提 高合金 的 居 ’ 点 ， 降 低 磁 感可 逆 温 度 系数 。 当含 。 量 较 高时 ， 在 合金中形成 了具有 型结 构的 相 ， 使 合金永磁 性 能 恶 化 。 主要进 人 四 方相 ， 使四方相晶粒 和 富 相块度 细 化 ， 提 高了合金 的矫 顽 力 。 进 一 步提 高 含量 时 ， 在合金中形成 了新相 ， 使合金永磁 性 能恶 化 。 关菠词 稀 土永 磁 ， 矫 顽 力 一 ‘ 之 夕， ‘ ‘ ， ， ， 了 。 ” 一 一 “ 。 ， 一 一 · 一 一 收稿 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1988．03．007

tetragonal phase,increasing Curie temperature and decreasing the reversible lemperature coefficient.A new phase Nd(Fe,Co)2 with MgCu2 type structure forms in the alloy containing higher Co content.It causes the decrease of the coercivity.Alumium atoms are mainly in the tatragonal phase, it makes the grains become smaller,and rises the coercivity of the alloy. When Al content further increase,a new phase forms,which destroy the coercivity of the alloys. Key words;coercivity,rare earth permanent magnet 引 言 用Co部份取代NdFeB系合金中的Fc可提高合金的居里点I)。用AI部分取代Fe可显著 提高合金的矫顽力r2,3]。前者有利于降低NdFeB合金磁感的可逆温度系数。后者有利于降低 合金的磁感不可逆损失。为了提高NdFeB系合金的温度稳定性，本文研究了Co,AI单独或 复合添加时对NdFeB系永磁合金性能（包括温度稳定性）与组织结构的影响。 1 实验方法与样品的制造 用金属钕Nd,99wt%,硼铁13.6wt%B,85.06wt%Fe,余量为Al,Si,P,S…等，工 业纯铁DT-2,金属钴1#，金属铝99.9wt%作原材料，在真空非自耗电弧炉内冶冻。用粉末 治金法制造样品。钢锭经粗破碎后过60目筛。滚动球磨（球料比15：1，用酒精作介质）至 8~5μm;在955.2kA/m(12.0kOe)磁场中取向，用橡皮模压制成型，压力为2×10t/m2, 在1353K烧结1h(133×10~4Pa烧结20min后充Ar烧结40min),根据不同成份，合金在 823~1223K回火5~120min。回火后炉冷或吹氩冷却。 用CL-6自动回线仪测量磁性，用振动样品磁强计和霍尔效应法测量开路剩磁的可递温 度系数a(以下简称温度系数)和不可逆损失h:(以下简称不可逆损失)，样品尺寸比 L/D≈1~1.5。温度范围为298~373K。X射线衍射实验用Cuka粉末样品。在JSM-35CF 扫描电镜作形貌观察和成分半定量分析。 2实验结果 2.1Co对NdFeCoB:系合金磁性与组织结构的影响 图1,2分别是Nd16,5Fe?7-xCoxB,.5合金的磁性能与温度系数随钴含量的变化。随 Co含量的增加，居里温度线性地升高，可逆温度系数显著地降低。当Co含量小于5at%时， Br和(BH)m几乎不降低，但Hc降低较显著。当Co含量在10一25at%时，Br和(BH)m 稍有降低，而Hc几乎保持不变。当C0含量大于30at%时，各项磁参量都显著的降低，而 磁通的不可逆损失急剧地上升。 318

， · ， · 犷 · 上。 ， ， ， 注 ， ， ， ， 勺 · ， 拜 ， ， ” ” 川 理 日砂 生‘二二 用 部份取 代 系合金 中的 。 可 提高合金 的居 里 点 〔 ‘ ’ 。 用 部分取代 可 显 著 提高合金的矫顽力 ， ’ 。 前者有 利于降低 合金磁感 的可逆 温度 系数 。 后者有 利于 降低 合金 的磁感 不可逆 损失 。 为 了提高 系合金的温度稳定性 ， 本文研究 了 ， 单 独或 复合添加时对 系永磁合金性能 包括温度稳定性 与组织结构的影响 。 实验方法 与样品 的制造 用金属钦 ， ， 硼铁 ， ， 余 量 为 ， ， ， … 等 ， 工 业纯铁 一 ， 金属钻 ， 金属铝 作原材料 ， 在 真空非 自耗电弧炉 内冶冻 。 用 粉末 冶金法制造样 品 。 钢锭经粗破碎后过 目筛 。 滚动 球磨 球料 比 ， 用酒精作 介 质 至 ” 在 磁场 中取 向 ， 用橡皮模压制 成型 ， 压 力为 ‘ ， 在 烧结 一 ‘ 烧结 后充 烧 结 理 ， 根据不 同成份 ， 合 金在 回火 。 回火 后炉冷或 吹 氢 冷 却 。 用 一 自动 回线仪侧量磁性 ， 用振 动样品磁强 计和霍尔效应法测量开路剩磁 的可 递 温 度 系 数 以 下 简 称 温度系数 和不 可逆 损失 气 以 下 简称不可逆 损 失 ， 样 品尺 寸比 、 一 。 温度范 围为 一 。 射线衍射 实验 用 左 粉末样 品 。 在 一 扫描电镜作形 貌观 察和成分 半定量分析 。 实验结果 对 系合金 磁性 与 组 织 结构 的影响 图 ， 分别 是 ， 。 。 ，一 二 。 二 ， 。 合金的磁性 能 与温度系数随钻含量的变化 。 随 。 含量的增加 ， 居 里 温度线性地升高 ， 可逆 温度系数 显著地降低 。 当 。 含量小于 时 ， 和 几乎不 降低 ， 但 降低较显 著 。 当 含 量在 一 时 ， 和 稍有 降低 ， 而 。 几乎保 持不 变 。 当 。 含量大于 肠时 ， 各项磁参量都显著的降低 ， 而 磁通 的不可逆 损失急剧地上升

796 637 50 0.14 以 557 (8)m 3:3 0.12 12 873 48 29 0,10 398 星 239 0.08 8 3:8 /(Hg) 19 0.06 6 只 239 159 0.04 473 195 hirr 0.02 79.8 西 119 2 % 10 0 40 0510152025303540 Co at Co at% 图1Nd:5isFc77-xCoxB,s合金居里点和稳定 图2Nd1s.sFe,7-xCoxB,.s合金磁性 性(a,hirr)随Co含量的变化 能与C0含盘的关系 Fig.1 The variations of curic tempsrature Fig,2 The relationships between the (Tc),hirr as function of x in Nd1s.s magnctic properties and cobalt Fe77-x Cox Br.s alloy contents x in Nd1s.s Fe77-x Cox B7.s alloy 电镜观察表明，含Co量为l0at%合金的显微组织与NdFeB三元合金的基本相同。即合 金由基体相（四方相）和少量的富N相和富B相组成，但随Co含量的增加，富B相的数量有 所增加，基体相晶粒化，晶界变得圆滑，同时在晶界处出现薄层状相。图3,4分别是NdFeCoB 系合金的Fe,Co和Nd的成分线扫描，它表明在Nd1s,sFea:Co.4B,·s(图4)合金中存在4 种成分不同的相区，表明当X射线衍射分析，Co0含量增加到18at%时，合金除了基体相、 少量富B相与富Nd相外，还出现了具有MgCu2型结构的Laves相，估计是Nd(FeCo)z相。 它沿晶界分布，在二次电子象中呈白色。 图3Nd16sFc6,Co1B,s合金二次电子象 图4Nd1B,sFca?Co4oB,s合金的二次 与Co成份线扫描 电子象与Fe、Co、Nd的成份线扫描 Fig.3 The secondary electron image Fig.4 The secondary clectron image and and cnergy dispersion X-ray energy dispersion X-ray line scans lin:scans showing the dis- showing the distributions of cle- tribution of elsment Co ments Fe、Co、Nd in Ndis.sFes? Co4。Co4gB,.s alloy 319

巴二、，日二 ︵之 ︵、川︶名小卜戈已。﹃ 、之峨名﹃任。‘ 匕‘ 卜 七内 曰‘ ·比的 。 。 ‘ 夕 石 ， 。 · 望 一卜口门 、 ， 、 叹 口目 一 卜 为厂啥沙 一 牛卜卜 诀 苏 义补 考﹃‘‘ 从留 。 ︶二叭 众 阳 八‘几月‘ 佑 图 一 ‘ ， ， 一 卜 。 合金居里 点和 稳 定 图 卜 。 一 二 ， 合金磁 性 性 ， 随 含量 的 变 化 ， 直 卜 。 ， ，一 。 能与 含量 的 关 系 份 ， ， 一 电镜 观察表明 ， 含 。 量为 合金 的显微组织与 三元合金的基本相同 。 即合 金 由基 体相 四 方相 和少量 的富 相和富 相组成 ， 但随 。 含量的增加 ， 富 相 的数最有 所增加 ， 基 体相晶粒化 ， 晶界变得 圆滑 ， 同时在晶界处 出现薄层 状相 。 图 ， 分别 是 系合金的 ， 和 的成分线 扫描 ， 它表明在 。 。 。 。 ‘ 。 。 图 合金 中存在 种 成分不 同 的相 区 表明 当 射线衍射分析 ， 。 含量增加到 写时 ， 合金除 了基 体相 、 少 量富 相与富 相外 ， 还 出现 了具有 型结 构的 相 ，估计是 相 。 它 沿 晶界分布 ， 在 二次电子象 中呈 白色 。 ‘ 图 ‘ 一 一 ， 一 ， ‘ 合金二 次电子象 图 ‘ 一 ， 一 。 卜 合金的 二次 与 。 成份线 扫描 跳 一 李 电子象与 、 。 、 的成份线 扫描 一 。 乞 、 、 ， 一 一

2.2 NdFeCoAlB合金的磁性与组织结构 图5和图6分别是Al含量对NdFeCoAlB.合金的磁性与温度稳定性的影响。当AI含量 小于4.5t%时，随A1含量的增加，合金矫顽力线性地提高，不可逆损失也随之显著降低。 但由于居里点随A1含量的增加而降低，因此可逆温度系数α稍有提高。虽然添加A1可提高 合金的Hc和降低h;rr,但AI的添加使合金的Br和(B·H)m降低。合适的AI含量不应超 过4.5at%。 13 12 318 30 279 (AE2) 0.14 703 10 239 20 0.12 中 693 1g9 15 0.10 683 (B//)m 159 119 10 0.08 673 9. 0.06 663 0 G53 0.020.030.040.050.06 0士3方67 ,a6 Al at I图5Nd1s.sFc16-xC01oA1xB,s合金的住 图GNd1s(Fes.-xCo。.1Alx)76.:B,.8 性与AI含量的关系， 合金的Tc,e和hirr与AI含量的关系 Fig.6 The curves of magnctic propertics Fig.6 The relationships between the curic ofNd1s.5Fc7。-xCo1。AlxB,.5 temperature and temperature coef- slloy VS Al contents ficient of Nd1s(Fco.8-x Coo..Alx) 76.2B7..alloy and Al contents A【添加使磁能积降低的另一原因是合金的第二象限退磁曲线的隆起度随A1含量增加而 恶化，见图7。当A1含量继续增加时，不仅退磁曲线隆起度下降，且矫顽力也降低。 热磁分析表明，当AI含量增加到3.81at%时，热磁曲线在363K附近出现向上凸起的 现象。说明A加到一定程度就可能出现新相， 1.20 电镜观察表明，在Nd16,sFe。1,z6Co1o 1.00 Als.75B,.5合金中AI的添加使基体相品粒明 x:4.5 0.8 显细化，同时使富Nd相和具有规则形状的富 B相也细化，变得更加弥散地分布（见图8）。 x5.7 0.6 含A1为5.75at%的Nd16.sFeg1,z6Co10 0.4 Al5.7s合金的Nd、Fc、Co和Al的成分线扫 0.2 描（见图9）表明，与不含A1的合金不同， 明显地存在5种成分不同的相区。I区是基体 -1114.0-955-796.-637-478-318195 0 相区，I区是富Nd相区，I区是富B相区，V Il,kA/m 似乎是富Co富Nd相区，T区是富Fe、Co、Nd 图7AI含量对Nd1s.sFcs?-×Co10A1xB7.G 相区，结果表明AI添加促进了新相的形成， 合金退磁曲线的影南 Pig,7 The effect of Al contents in 同时可以看出在基体相内A1的相对含量较高， Nd16.s Fe67-x Co1o Alx B7.6 在富Nd相的相对含量较低，并且在空洞处有 alloy on demagnctized curves AI富集的现象。Co主要进入基体相，在富Nd 320

已合金 的磁性与组织 结构 图 和 图 分别是 含量对 合金的磁性与温度稳定性的 影 响 。 当 含量 小于 时 ， 随 含量的增加 ， 合 金娇顽 力线性地 提高 ， 不可逆 损 失也随之显 著降低 。 但 由于居 里 点随 含量的增加而 降低 ， 因此可逆 温度系数 稍有提高 。 虽然 添加 可 提高 合金 的 。 和 降低气 ， 但 的添加使 合金的 和 · 降低 。 合适 的 含 量不应超 过 石 。 ﹄甲一勺 幻︸月内︸‘ 工月︸石八︵‘﹃」八，甘，比，， 求‘ 卜 心怎 ︶︵飞勺盆专 一 卜、 ‘。 ︵丫闷︶一工卜之卜︵名代。三 八 『协 万 ， 。 钻 妇巧 ， 一 。 一 一。 卜 。 合金的 滋 性 与 含量的 关系 ， ， 一 一 图 。 卜 、 ， 合金的 丁 ， “ 和 与人 含量的 关 系 。 卜 一 。 添加使磁 能积降低 的另一原 因是 合金的第 二象限 退磁 曲线 的隆起度随 含量增加而 恶 化 ， 见 图 。 当 含 量继续增加时 ， 不 仅退磁 曲线 隆起度下 降 ， 且 矫顽 力也降低 。 热 磁分析 表 明 ， 当 含量增加到 纬 时 ， 热 磁 曲线 在 附近 出现 向上 凸起的 洲 卜 一门 －今 … ， 二 介 认 一甲丁 一 一 扮 － 通 一奋二石产，‘ 曰 一 一一一门一另 产 气 一一 一目 尸户一 。 ， 泞 ，洲 垦 ， 一 图 含量对 ‘ 。 。 一 一 。 ， 。 合金退磁 曲线的影 响 。 亡 一 ‘ 卜 ， 。 现 象 。 说 明 加到一定程度就可能 出现 新相 。 电镜 观察表明 ， 在 。 。 。 ， 。 。 ， 。 。 。 合 金 中 的添加使基体相 晶粒明 显细 化 ， 同时使富 相 和 具有规则形状的富 相也细化 ， 变得更加弥 散地分布 见图 。 含 为 写的 。 。 。 ‘ 。 。 合金 的 、 、 。 和 的成分线 扫 描 见 图 表 明 ， 与不含 的合金不 同 ， 明显地存在 种成分不 同 的相 区 。 区是基 体 相 区 ， 区是富 相 区 ， 区是富 相 区 ， 似乎是富 。 富 相 区 ， 丫区是富 、 。 、 相 区 。 结果表 明 添加 促进 了新相 的形 成 。 同时 可 以看 出在 基 体相 内 的相对含量较高 ， 在富 相 的相 对含量较低 ， 并且 在空 洞处有 富集的现 象 。 主 要进 入 基 体相 ， 在富

相内C0的相对含量最低。 X射线衍射分析表明，在含AI为Tat%的合金中，除了基体相，富Nd相和富B相外，还 出现了新相的衍射锋，但这一新相的结构有待进一步研究确定。 透射电镜观察表明，除了基体相、富N相和富B相外，还在基体相内观察到尺寸约数百 A的弥散相。估计这一相是由于AI的添加而形成的，Mδssbauer谱分析表明进人四方相的 Al,优先占据8j2晶位和Ibk2晶位的Fe原子。 720214 90218 图8d15·sFc7Co10A15,75B,s合金的透射电能撇片 Fig.8 The transission electron micrograph of Nd1s.5 Fesr-x CoLAlx B7.5 alloy.(a)x=0 (b)x=5.75at 图9Nd16,sFc612sCo10A1。.?6B,.s合金的三次电子像和 Co、AI(a),Fc、Nd(b)的成分级扫描 Fig.9 The secondary electron image and the energy dispersion x-ray line scans showing the distributions of elements Co,Al (a)and Fe,Nd (b)in Nd1s.s Fca1.25 Co1o Als.7s alloy 3结 论 在NdFeCoB合金中，当Co含最较低时，Co主要进入四方相内，提高四方相的居里点， 从而使合金的磁感可逆温度系数降低。进入四方相的Co原子，择优占据四方相中的8j2晶 位，从而使合金的各向异性降低和矫顽力降低。 随C0含量增加时，合金的显微组织有明显的变化，并导至一种具有MgCu2型结构的 Nd(Fe,Co)2相(Laves相)的出现，从而使合金的磁性恶化， 321

已合金 的磁性与组织 结构 图 和 图 分别是 含量对 合金的磁性与温度稳定性的 影 响 。 当 含量 小于 时 ， 随 含量的增加 ， 合 金娇顽 力线性地 提高 ， 不可逆 损 失也随之显 著降低 。 但 由于居 里 点随 含量的增加而 降低 ， 因此可逆 温度系数 稍有提高 。 虽然 添加 可 提高 合金 的 。 和 降低气 ， 但 的添加使 合金的 和 · 降低 。 合适 的 含 量不应超 过 石 。 ﹄甲一勺 幻︸月内︸‘ 工月︸石八︵‘﹃」八，甘，比，， 求‘ 卜 心怎 ︶︵飞勺盆专 一 卜、 ‘。 ︵丫闷︶一工卜之卜︵名代。三 八 『协 万 ， 。 钻 妇巧 ， 一 。 一 一。 卜 。 合金的 滋 性 与 含量的 关系 ， ， 一 一 图 。 卜 、 ， 合金的 丁 ， “ 和 与人 含量的 关 系 。 卜 一 。 添加使磁 能积降低 的另一原 因是 合金的第 二象限 退磁 曲线 的隆起度随 含量增加而 恶 化 ， 见 图 。 当 含 量继续增加时 ， 不 仅退磁 曲线 隆起度下 降 ， 且 矫顽 力也降低 。 热 磁分析 表 明 ， 当 含量增加到 纬 时 ， 热 磁 曲线 在 附近 出现 向上 凸起的 洲 卜 一门 －今 … ， 二 介 认 一甲丁 一 一 扮 － 通 一奋二石产，‘ 曰 一 一一一门一另 产 气 一一 一目 尸户一 。 ， 泞 ，洲 垦 ， 一 图 含量对 ‘ 。 。 一 一 。 ， 。 合金退磁 曲线的影 响 。 亡 一 ‘ 卜 ， 。 现 象 。 说 明 加到一定程度就可能 出现 新相 。 电镜 观察表明 ， 在 。 。 。 ， 。 。 ， 。 。 。 合 金 中 的添加使基体相 晶粒明 显细 化 ， 同时使富 相 和 具有规则形状的富 相也细化 ， 变得更加弥 散地分布 见图 。 含 为 写的 。 。 。 ‘ 。 。 合金 的 、 、 。 和 的成分线 扫 描 见 图 表 明 ， 与不含 的合金不 同 ， 明显地存在 种成分不 同 的相 区 。 区是基 体 相 区 ， 区是富 相 区 ， 区是富 相 区 ， 似乎是富 。 富 相 区 ， 丫区是富 、 。 、 相 区 。 结果表 明 添加 促进 了新相 的形 成 。 同时 可 以看 出在 基 体相 内 的相对含量较高 ， 在富 相 的相 对含量较低 ， 并且 在空 洞处有 富集的现 象 。 主 要进 入 基 体相 ， 在富