稀土鈷硬磁合金

　　是稀土金屬與鈷組成的金屬間化合物硬磁合金。其中，稀土金屬主要是釤、鐠、鈰和一部分重稀土金屬或它們的組合；鈷可以部分地以銅、鐵或其他過渡族金屬取代。

　　美國內斯比特(E．A．Nesbitt)等和哈伯德(W．H．Hubbard)等先後於1959及1960年研究瞭GdCo₅化合物的鐵磁性質和單軸磁各向異性。1966～1967年，美國施特爾納特(K.J.Sttrnat)和貝克爾（J.J.Becker）分別制成瞭有實用價值的YCo₅和SmCo₅粉末壓制磁體。1968年，荷蘭佈紹(K.H.J.Buschow)用流體靜壓方法制成磁能積為18.5MGs·Oe(1MGs·Oe≈8kJ/m³)的SmCo₅粉末壓制磁體。1969年美國達斯(D.K.Das)用固相燒結法、1970年美國本茨(M.G.Benz)等用液相燒結法制成性能穩定、磁能積為20MGs·Oe的SmCo₅的磁體；從此開始瞭稀土鈷硬磁合金的工業規模生產。這一時期還出現瞭還原擴散法制備RCo₅(簡稱1-5型，R表示稀土元素)合金的新工藝。1971年系統地研究瞭R₂(Co，Fe)₁₇（簡稱2-17型）贗二元化合物，理論上估計磁能積上限為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年進一步制成磁能積為30MGs·Oe的Sm(Co，Fe，Cu，Zr)_7·4硬磁合金。1980年，這種2-17型合金磁能積達到33MGs·Oe。中國於1969年研制1-5型燒結磁體。70年代以後，陸續制成 Sm（Co，Cu，Fe）₇高性能輻向磁體、磁能積為30MGs·Oe的磁體以及低溫度系數磁體等2-17型稀土鈷硬磁合金。現在已能生產多種稀土鈷硬磁合金。

　　稀土鈷金屬間化合物硬磁合金為六方晶系，磁晶各向異性極強，內稟矯頑力和磁能積很高，居裡點高。

　　類別　一般分為五類：①矯頑力大的1-5型合金，如SmCo₅。室溫時的矯頑力最高值為60kOe。②廉價稀土鈷合金，如Ce(Co，Cu，Fe)₅。因使用價廉的鈰或混合稀土金屬而使合金的價格明顯降低。③高磁能積2－17型合金，如Sm（Co，Cu，Fe，Zr）_7·4。適當調整成分和熱處理工藝，也可達到較大的矯頑力。④低溫度系數合金。重稀土金屬Gd、Dy、Ho和Er等取代部分Sm，使合金的磁化強度在-50～+100℃范圍內幾乎不隨溫度變化，磁化強度的可逆溫度系數在此范圍內可控制在0到7×10^-5℃^-1以內。由於重稀土的加入，飽和磁化強度明顯降低。1-5型低溫度系數合金的磁能積較低，但2-17型低溫度系數合金的磁能積已達22MGs·Oe。⑤粘結磁體，以樹膠、塑料或軟金屬粘結的稀土鈷合金粉末壓結體。與1-5型粘結磁體相比，2-17型合金所制成的粉末粘結磁體在保持較大矯頑力條件下可密集充填，所以磁能積較高，已達16～19MGs·Oe。各類典型稀土鈷硬磁合金的性能見附表。最佳磁體的去磁曲線見圖1。

各類典型稀土鈷硬磁合金的性能

　　機制　稀土鈷硬磁合金的種類較多，但決定硬磁性能的矯頑力機制主要為下列兩種：①單相合金中反磁化疇在缺陷處的成核；成核愈難，矯頑力愈大。②多相合金中析出相作為磁疇壁的釘紮中心阻滯壁移；釘紮愈強，矯頑力愈大。1-5型合金的矯頑力主要由成核決定，但實際上晶界對疇壁也有顯著的釘紮作用。2-17型合金的矯頑力主要決定於釘紮。這類合金經高溫固溶以獲得合適的均勻基相，再經較低溫的時效處理以形成最佳分佈的胞狀微結構(圖2所示)，胞壁和胞體具有不同的疇壁能而釘紮疇壁。在磁化和反磁化過程中，成核與釘紮對應著不同的磁化行為，它們的初始磁化曲線及去磁曲線具有不同的特征，如圖3。

圖2　2-17型析出硬化合金的微結構

兩種矯頑力機制的磁化曲線和去磁曲線

H 磁場強度4πM=B-H 磁化強度

　　用途　稀土鈷硬磁合金特別適用於要求磁體體積小，產生的磁場強度大和磁體呈薄片（垂直於片平面方向磁化）狀的場合。一般用於電機裝置（如精密直流電機）、粒子束聚焦系統（如行波管）、傢用電器（如薄形揚聲器）、磁懸浮技術（如磁軸承）、儀器儀表（如電子計算機中的打印機和陀螺儀中的力矩器），以及醫療器械等。圖4為中國制造的撓性陀螺儀力矩器，其中采用瞭Sm(Co，Cu，Fe)₇輻向磁體。

圖4　用稀土鈷輻向磁體制造的陀螺儀力矩器

　　生產工藝　稀土硬磁合金大致有三種制造方法：①冶煉-制粉-燒結法；②還原擴散-燒結法；③粉末粘結法。在上述方法中，熔煉、燒結、熱處理等都應在氬氣保護下進行。制粉時以氮或氬氣進行氣流磨粉，或在液體介質中球磨制粉。在制備稀土鈷硬磁合金磁體或部件時，常用磁取向、等靜壓、磁硬化等技術。

　　

參考書目

　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.