硬磁合金是具有较强抗去磁能力(矫顽力Hc高),磁化后能保持
磁化状态,并在周围产生足够强而稳定的磁场的
合金。
术语简介
硬磁合金是在外磁场磁化后,去掉外磁场仍能保留高的剩余
磁感应强度,高矫顽力的
磁性合金。
矫顽力通常大于 10kA/m。是人类最早发现和应用的材料。品牌繁多,最大磁能积(BH)max随年代呈指数增长。
分为变形、铸造、 粉末、稀土、粘接硬磁合金。
按磁能积 可分为高、中、低。
高磁能积(BH)max>160kJ/m。典型合金有SmCo5、 Sm2Co17、第一、第二、第三代稀土钕 铁硼
永磁合金。其中稀土钕铁硼 (BH)max已达到410kJ/m。
中等磁能 积(BH)max在32~80kJ/m之间,代表合金类型有:铝镍钴系、铁铬钴系合金。
低磁能积(BH)max<32kJ/m。合金类型有:碳钢、钨钢、铬钢、钴钢、 铝钢及低钴含量的铝镍钴系和铁铬钴系合金。广泛用于
机电设备、音响器材、电子微波装置、仪器仪表、磁力机械、医疗设备等。
硬磁合金通常分为:①
可变形硬磁合金②
铸造铝镍钴硬磁合金;③
稀土钴硬磁合金④单畴伸长微粒磁体。一般说来,剩磁主要由合金成分决定;矫顽力是合金的结构敏感参量,与
磁晶各向异性或微粒形状各向异性、微结构状态、应力、晶体缺陷及其他的材料中的不完整性有密切关系;磁能积是重要的硬磁性能参量,表示磁体所能提供的最大静磁能量。
一般地说,磁滞回线或去磁曲线包括的范围愈宽、方形度愈好,则抗去磁能力愈强。剩磁愈高,回线面积愈大,则磁能积愈高。除磁性能外,还要求合金具有长期的
磁时效稳定性和温度稳定性。使用时,可
变形合金因为可以机械加工,多用于制作形状复杂、尺寸精细的磁体。
铸造Alnico合金因磁性和稳定性较好,多用于制作各种仪表、电机、扬声器等。
稀土钴硬磁合金矫顽力和磁能积极高,适用于要求体积小(特别是磁化方向垂直薄片平面的薄型磁体)、性能高的场合,如用于制作
电子手表、永磁电机、
薄型扬声器、磁轴承、微波器件等。单畴伸长微粒
硬磁材料多用于对尺寸和磁性能要求严格、材质均匀、形状复杂的器件,如助听器、耳塞机、精密继电器或开关等。
硬磁合金制成的磁体在使用时要预先磁化。
工艺特点
可加工硬磁合金采用通常的冶金和加工方法制造。
Alnico合金采用定向或非定向结晶方法铸造成型,随后进行合适的热处理。也可用粉末烧结方法制造,但性能略差。稀土硬磁合金主要以粉末烧结方法制造。
与Alnico合金类似,稀土硬磁合金质脆而硬,不能切削,常采用切割和磨削加工。单畴伸长微粒磁体的制造需经电沉积加入汞等一系列过程,工艺繁复。
主要应用
铸造铝镍钴合金因磁性和稳定性较好,多 用于制造各种仪表、电机、扬声器等。
稀土-钴硬 磁合金矫顽力和
磁能积极高,适用于要求体积小、性 能高的场合,如用于制造
电子手表、永磁电机、薄 型扬声器、磁轴承、微波器件等。
单畴伸长微粒硬 磁材料多用于对尺寸和磁性能要求严格、材质均匀、 形状复杂的器件,如助听器、耳塞机、精密继电器或 开关等。
发展简史
人类很早就知道使用
硬磁材料, “
指南针”就是这种材料制成的。1910年以前主要是用含碳 1.5%的
高碳钢作为硬磁材料。
后来加入
钨和
铬等金属元素,改善了硬磁性能。1917年日本制成含钴36%的 Fe-Co硬磁合金。1931年制成Fe-Co-Mo、Fe-Co-W三元硬磁合金,同年,
日本三岛德七发明了Fe-Ni-Al合金。此后硬磁合金得到了较迅速的发展,陆续出现了称为Alnico的Fe-Ni-Al-Co合金,采用
磁场热处理和定向结晶方法使性能显著改善。Alnico合金是性能优异、目前用量最大的一类硬磁合金。
具有学术价值的单畴伸长Fe-Co微粒硬磁材料Lodex,其矫顽力由微粒的形状各向异性决定。这类材料因制造工艺困难实际上没有得到发展。1967年出现了性能极优异的稀土钴硬磁合金。这一类
金属间化合物硬磁材料的出现和发展是硬磁合金发展史上重大成就。
它的磁性能优异,品种繁多,用途广泛,对永磁体的应用设计,硬磁材料的工艺制造以及磁学基础理论的发展有重要影响。
70年代初出现了新的可变形Fe-Co-Cr和Mn-Al-C硬磁合金。前者磁性能与Alnico合金相当,而且加工性能良好,后者完全不含钴、铬、镍,原材料价格低廉,都具有发展前途。
矫顽力的不断提高是硬磁合金进展的重要标志。