稀土鈷硬磁合金

美國內斯比特 (E．A．Nesbitt)等和哈伯德(W．H．Hubbard)等先後於1959及 1960年研究了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.Strnat)和貝克爾（J.J.Becker）分別製成了有實用價值的YCo5和SmCo5粉末壓制磁體。1968年，荷蘭布紹(K.H.J. Buschow)用流體靜壓方法製成磁能積為18.5MGs·Oe(1MGs·Oe≈8kJ/m)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)等用液相燒結法製成性能穩定、磁能積為20MGs·Oe的SmCo5的磁體；從此開始了稀土鈷硬磁合金的工業規模生產。這一時期還出現了還原擴散法製備RCo5(簡稱1-5型，R表示稀土元素)合金的新工藝。1971年系統地研究了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年日本製成相分解硬化型的Sm(Co,Cu,Fe)7硬磁合金,1977年進一步製成磁能積為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年研製1-5型燒結磁體。70年代以後，陸續製成 Sm（Co,Cu,Fe）7高性能輻向磁體、磁能積為30MGs·Oe的磁體以及低溫度係數磁體等 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，居里點高。

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低溫度係數合金。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℃範圍內幾乎不隨溫度變化，磁化強度的可逆溫度係數在此範圍內可控制在0到7×10℃以內。由於重稀土的加入，飽和磁化強度明顯降低。1-5型低溫度係數合金的磁能積較低，但2-17型低溫度係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型合金所製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。

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扎中心阻滯壁移；釘扎愈強，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扎作用。2-17型合金的矯頑力主要決定於釘扎。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扎疇壁。在磁化和反磁化過程中，成核與釘扎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徵，如圖3。

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）、家用電器（如薄形揚聲器）、磁懸浮技術（如磁軸承）、儀器儀錶（如電子計算機中的印表機和陀螺儀中的力矩器），以及醫療器械等。圖4為中國製造的撓性陀螺儀力矩器，其中採用了Sm(Co,Cu,Fe)7輻向磁體。稀土鈷硬磁合金

稀土硬磁合金大致有三種製造方法：①冶鍊-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製粉。在製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。

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.