雙相納米晶稀土永磁合金(RE permanent magnetic alloy with nanometer dual plaase)

含有永磁性相和軟磁性相復合結構、晶粒尺寸為納米級的稀土永磁合金。由于這種合金是以納米晶的兩種強磁性相(軟磁相和永磁相)的相互作用機制出發的，所以又稱交換彈性耦合合金。

簡史1988年荷蘭學者科埃霍爾恩(R．Coehoorn)等和德國學者科奈萊爾(E．F．Kneller)等先后研究和開發了一種全新概念和機理的永磁合金——雙相納米晶稀土永磁合金。與傳統的永磁合金不同，這種合金內至少含有兩種主要強磁性相：一種是軟磁性相；另一種是永磁性相，其中軟磁性相占合金總體積的10％以上。例如Nd₄Fe₇₇B₁₉合金，是由85％的軟磁性相(73％的Fe3B+12％的α—Fe)和15％的永磁性相(Nd₂Fe₁₄B)組成。當合金的平均晶粒尺寸d≤10nm時，兩種相之間產生交換耦合作用，從而得到了高的剩磁和矯頑力。因為根據微磁學理論計算，當合金中平均晶粒尺寸為10nm時，軟磁性相中的磁矩幾乎都與永磁相中的磁矩相一致，Br／Bs鼠可達O．79。而當晶粒尺寸為40nm時，由于雜散場的作用抵消了粒子之間的交換作用，即雜散場效應使粒子間的交換作用僅僅作用在軟磁相的界面附近，因此Br／Bs=O．66。此外，軟磁相與永磁相之間的交換作用抑制了軟磁性相中反磁化疇的形核及長大，軟磁相中的反磁化疇的形核可引起鄰近永磁相中的磁化強度反轉，這種作用取決于兩相分布、晶粒形狀、易磁化軸的方向等因素。一些科學家通過研究認為：添加少量其他元素如硅、鋁、釩、鈷和鎵等以置換部分的鐵和硼，可使磁性近一步提高。例如Nd_4.5Fe₇₃Co₃Ga_lB_18.5合金，用熔體旋淬工藝制成條帶(鱗片)，經700℃×5min退火后，微結構由三個相組成即Nd₂Fe_l4B占30％、Fe₃B占65％、α—Fe占5％，所有相的晶粒都呈球形，晶粒直徑為10～20nm，磁性為Br=1．2T，Hcj一340kA／m，(BH)_max=127．8kJ／m³。用這種鱗片做成的粘結磁體，密度為6．Og／cm³時磁性達到Br=0．86T，HcJ=310kA／m，(BH)_max=66．1kJ／m³。

生產工藝納米晶稀土永磁合金主要采用熔體快淬工藝制造，由于這類磁體的成分決定其必須具有納米晶結構，所以宜采用這種粉末制備粘結磁體。使用燒結方法易使晶粒長得粗大，得不到納米晶，所以不適用。

特點(1)合金具有軟磁性相和永磁性相復合結構。其中軟磁性相要在l0％(體積分數)以上。(2)合金必須具有納米級晶粒尺寸，只有納米晶(最好d≤10nm)，兩相之間的交換作用才起主導作用，從而使這種各向同性合金的剩磁高于傳統各向同性永磁合金的剩磁。(3)這類合金的典型成分是Nd_3~5.5Fe_78.5~76B_18.5一合金中稀土含量較少，僅含(3～5．5)％(原子分數)，因此成本較低；溫度穩定性也比燒結和快淬的Nd₂Fe₁₄B合金好，例如Nd_5.5Fe₆₆Co₅Cr₅B_18.5合金的α_βγ=-0．09％℃，α_Hc=-O．32％／℃。此外抗氧化性和耐腐蝕性也較好。(4)具有極高的潛在的最大磁能積值。因為根據微磁學理論計算，如果以取向的永磁性相做骨架，軟磁性相嵌鑲在其中的兩相合金為模型，對于Sm₂Fe₁₇N₃系，當永磁性相僅占7％體積時，其理論最大磁能積為880kJ／m。；對Sm₂Fe₁₇N₃／Fe₆₅Co₃₅合金，永磁性相占9％時，其理論最大磁能積為1090kJ／m³。

應用這種合金的粘結磁體，由于其成本比普通NdFeB粘結磁體的低很多，溫度穩定性及抗氧化性也略好，所以在一定范圍內如汽車儀表、小型步進電機或者復印機磁輥等用途中完全可以應用，因為合金有較高的剩磁。缺點是矯頑力偏低，影響了使用范圍。