第３７卷２００８年第３期
３月
稀有金属材料与工程
ＲＡＲＥＭＥＴＡＬ～Ｌ”ＥＲＩＡＬＳＡＮＤＥＮＧｎ岖ＥＲＪＮＧ
、，０１．３７．Ｎｏ．３
Ｍ盯ｃｈ２００８热变形纳米复合磁体
郭鹏举１，２，一，刘新才１，潘晶１，李勇２，一，崔平２，３
（１－宁波大学新型功能材料及其制各科学国家重点实验室培育基地，浙江宁波３１５２１１）
（２．中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波３１５０４０）
（３．中国科学院合肥固体物理研究所，安徽合肥２３００３１）
摘要：综述了采用热变形工艺制备的具有较高磁性能和良好温度稳定性的两类纳米复合磁体的最新进展，介绍了工艺参数和成分对纳米复合磁体的微结构、磁性能和温度稳定性的影响。目前，采用热变形工艺制备的纳米复合磁体的最佳磁能积高达４３８ｌ【Ｊ／ｍ３。
关键词：热变形；各向异性；双合金；温度稳定性；纳米复合磁体
中图法分类号：ＴＭ２７ｌ＋文献标识码：Ａ文章编号：ｌ００２?１８５Ｘ（２００８）０３?０３７７一０５
１９９３年，Ｃｏｅｙ等人在理论上预言取向排列的纳米双相复合磁体的理论磁能积高达１ＭＪ／ｍ３【¨，约为传统烧结Ｎｄ．Ｆｅ—Ｂ磁体理论磁能积（５０９ｋＪ／ｍ３）的２倍，且其稀土含量较传统烧结Ｎｄ—Ｆｅ．Ｂ磁体的明显降低，从理论上具有低的材料成本和高的抗腐蚀能力，因此，人们投入了大量的精力，从不同方面对纳米复合磁体进行了研究。但１０多年来，实验室制备的纳米双相复合磁体的最佳磁能积仅约为２００ｋＪ／ｍ３【２．３】，远远低于理论计算值。
在很长的时间内，人们认为纳米复合磁体性能较低是晶粒尺寸过大造成的。因为理论计算认为：当软磁性相的晶粒尺寸约为硬磁性相畴壁厚度的２倍（约为１０ｎｍ）时，软、硬磁性晶粒可完全交换耦合，磁体具有较高的磁性能，而实际制备磁体的晶粒，尤其是软磁性相晶粒尺寸过大（约为３０～５０ｎｍ【４１），影响了交换耦合作用。因此，人们在细化晶粒上做了大量的工作，研究了添加元素（Ｐｒ’Ｃｏ，Ｇａ，Ｎｂ，Ｚｒ，Ｃｕ等）【５－８１、不同工艺和改善工艺参数（如快淬工艺中的辊速、晶化温度及时间等）【２ｌ对纳米复合磁体的微结构及磁性能的影响。如张湘义等在非晶合金晶化时，施加高的压力（３ＧＰａ），得到了晶粒尺寸小于１０ｎｍ的ａ．Ｆｅ／Ｓｍ２（Ｆｅ，Ｓｉ）１７Ｃ，纳米复合磁体，但最大磁能积只有约１６０ｋＪ／ｍ３【９１。总结上述研究结果，可以得出，当磁体的晶粒细小、均匀时，磁性能稍好，但所得磁体的最佳磁能积仅为２００ｋＪ／ｍ３【１０】，没有新的进展。由此，科学家推测各向异性可能是影响纳米复合磁体性能提高的关键因素。
于是，人们采用了各种方法来探索制备各向异性纳米复合磁体，如熔体快淬法【引，机械合金化法【ｌｌ】、ＨＤＤＲ（氢化一歧化．分解．再结合）【１２１，热变形【３，１３１及放电等离子烧结【１４】等，研究了工艺参数（如球磨时间、压力、热变形温度及压下率等）［７?”，１４１和成分（Ｐｒ，Ｃｕ，Ｇａ等）【７，１２１对形成织构和磁性能的影响，但所有的研究都发现很难得到各向异性的纳米复合磁体。
直到２００３年，Ｌｅｅ等报道采用热变形法得到了最佳磁能积约为２４６蚰，ｍ３的各向异性的磁体【”】，在制备高性能的纳米复合磁体上取得了重大的突破。
在此基础上，在制备大块、致密的各向异性纳米复合磁体上取得了激动人心的进步，所得纳米复合磁体的最佳磁能积已由２４６Ⅻｍ３上升到现在的４３８ｋＪ／ｍ３，仅略低于实验室传统烧结Ｎｄ．Ｆｅ．Ｂ磁体的最佳磁能积４７４ｋＪ／ｍ３。
本文将从较高的磁性能和良好的温度稳定性两个方面，来阐述热变形制备纳米复合磁体的最新进展。
１高磁性能的纳米复合磁体
１．１贫Ｎｄ合金（Ｎｄ＜１１．８ａｔ％）
传统Ｎｄ—Ｆｅ－Ｂ磁体（Ｎｄ＞１３．５ａｔ％）含有富Ｎｄ相，富Ｎｄ相的存在，有利于磁体形成织构。而贫Ｎｄ磁体
收稿日期：２００７＿０２．２０
基金项目：国家基础研究前期专项（２００４ＣＣＡ０４０００）；国家自然科学基金项目（５０７４４０１４）；浙江省自然科学基金（Ｙ４０６３８９）；宁波市科技局项目（２００６８１０００５４）；新型功能材料及其制备科学国家重点实验室培育基地开放基金；宁波大学王宽诚幸福基金资助作者简介：郭鹏举，女，１９８０年生，硕士生，宁波大学材料科学与化学工程学院。浙江宁波３１５２１ｌ。联系人：刘新才，教授，Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉ∞ａｉ＠ｎｂｕ．ｅｄｕ．∞
稀有金属材料与工程第３７卷
（Ｎｄ＜１１．８ａｔ％）中没有富Ｎｄ相，热压／热变形贫Ｎｄ合金难以形成织构【３１。直到２００３年，Ｌｅｅ等才报道对接近正成分的贫Ｎｄ合金热变形，得到了大块、致密的各向异性纳米复合磁体。
Ｌｅｅ等利用熔体快淬法制备了贫Ｎｄ合金的快淬薄带，然后在６００～８００℃、１００￣２００ＭＰａ的条件下热压，接着在７００～１０００℃，２０～７０ＭＰａ的条件下热变形，得到了各向异性的纳米复合磁体【｜５】。在ｑ．Ｆｅ的（体积分数）含量分别为４％和１１％的磁体中，得到的最大磁能积分别为２４６ｌ洲ｍ３和１９１ｋＪ／ｍ３。
随后他们又对成分为Ｎｄｌｏ．８Ｐｒｏ．６Ｄｙｏ．２Ｆｅ７６．１Ｃ０６．３一Ａｌｏ．２ＧａＬ０．２８５．６的贫Ｎｄ合金热变形，在压下率为７０％时，得到了最大磁能积为３３４ｌ【Ｊ／ｍ３的纳米复合磁体【１６】。但当进一步降低稀土含量时，研究发现很难得到磁性能很高的纳米复合磁体１１６１。
对常规微米晶的富Ｎｄ合金（Ｎｄ≥１３．５ａｔ％）铸造／热变形和Ｍａｇｎｅｑｕｅｎｃｈ公司的快淬粉热变形的研究结果均表明：随稀土含量的降低，磁体密度越小，致密化越困难。由此推断贫Ｎｄ纳米复合磁体可能在致密化上存在困难。但最新的研究结果表明纳米复合磁体具有较高的密度［１５】，如当Ｎｄ含量为４ａｔ％时，磁体密度能够达到７．６５∥ｍ３，与Ｎｄ含量为１３．５ａｔ％的磁体密度（７．６∥ｍ３）相近。
综上，热变形贫Ｎｄ合金制备的纳米复合磁体具有较高的密度，但磁性能较低，研究结果表明由贫Ｎｄ合金制备高性能各向异性纳米复合磁体尚有一定的难度。
１．２双合金
传统Ｎｄ．Ｆｅ．Ｂ磁体即富Ｎｄ合金，在热变形过程中易于形成织构，有较高的磁性能，但成本较高；而贫Ｎｄ磁体成本较低，但磁性能较差。因此，希望结合富Ｎｄ合金和贫Ｎｄ合金两者的优点，研究人员将部分富Ｎｄ合金和部分贫Ｎｄ合金，甚至将部分富Ｎｄ合金与部分不含Ｎｄ的软磁合金用不同的方法混合，随后热变形制备各向异性纳米双相复合磁体，结果得到了最大磁能积高达４３８ｋＪ／ｍ３的磁体【１７１。
１．２．１富稀土合金和贫稀土合金
Ｈａｄｊｉｐａｎａｙｉｓ等将部分富稀土（Ｎｄ或Ｐｒ）合金和部分贫稀土合金混合，并热压、热变形以制备磁体【１８—２０１。实验中，利用熔体快淬法分别制备了两种合金的非晶薄带，再将其混合，并在７５０℃，４１０ＭＰａ的条件下热压，接着在相同的温度下热变形，在压下率为４５％～６５％得到了致密的磁体。他们对富稀土合金Ｐｒｌ３．５Ｆｅ６８Ｃｏｌ２Ｇａ０．５８６和贫稀土合金Ｐｒ３．５ＴｂｌＦｅ８９．５８６按质量分数５０％：５０％混合热变形所得磁体的微结构进行了观察，从其透射电镜像和选区电子衍射花样可以看出，只有富稀土合金区域形成了织构，在该区域内的Ｐｒ：Ｆｅ。。Ｂ相晶粒沿与压力垂直方向择优排列；而贫稀土合金区域仍为各向同性的，晶粒取向杂乱【ｌ引。
所得磁体的磁性能随两种合金内稀土原子含量的改变有不同的变化趋势【１９，２们。热变形纳米复合磁体的磁性能随富Ｎｄ合金区域内Ｎｄ含量的增加而升高。这是因为Ｎｄ含量高时，有利于磁体形成织构，因此具有较好的磁性能；但研究同时也发现纳米复合磁体的磁性能随混合的贫Ｎｄ合金区域内Ｎｄ含量的降低而升高，这有悖于一般认识。Ｈａ蛳ｐａｎａｙｉｓ等认为这与其快淬薄带的状态有关［２０】，但作者认为要解释清楚贫稀土区域Ｎｄ含量对复合磁体磁性能的影响，还需要进一步深入的研究。
１．２．２富稀土合金和软磁合金（ａ．Ｆｅ或Ｆｅ—Ｃｏ合金）由以上对富Ｎｄ合金和贫Ｎｄ合金混合制备磁体的研究可知，当贫Ｎｄ合金内Ｎｄ含量低时，热变形纳米复合磁体的性能反而更高，由此可以推测当贫Ｎｄ合金内Ｎｄ原子分数降为零时，所得磁体应具有更高的磁性能。Ｌｅｅ等将富Ｎｄ合金与不含稀土的软磁合金混合，并热压、热变形制备的磁体进行了研究［２ｌ】。采用熔体快淬法制备了富Ｎｄ合金制备的快淬薄带，将薄带破碎为大小为２００～３００ｕｍ之间的颗粒，ａ．Ｆｅ金属的颗粒尺寸在３～５肛ｍ之间，Ｆｅ．Ｃｏ合金的颗粒尺寸在１０～５０岬之间，将富Ｎｄ合金的快淬薄带与软磁合金分别混合，再进行热压、热变形。在磁体成分为Ｎｄｌ４Ｆｅ７９．５Ｇａｏ．５８６／Ｆｅ—Ｃｏ（９７％／３％，质量分数，下同），得到了最佳磁能积为３９８ｋＪ／ｍ３的磁体。
纳米复合磁体的磁性能与软磁相的含量有很大关系。Ｌｅｅ【２１】等将成分为Ｎｄｌ４Ｆｅ７９．５ＧａＬ０，５８６的富Ｎｄ合金和Ｆｅ．Ｃｏ合金混合制备了磁体，对该磁体磁性能随Ｆｅ．Ｃｏ质量分数的变化关系的研究表明，随Ｆｅ．Ｃｏ质量分数的增大，剩磁稍有提高，矫顽力有所降低，而最大磁能积起初随Ｆｅ．Ｃｏ质量分数的增加而上升，达到一最大值后又下降。当添加Ｆｅ．Ｃｏ合金的质量分数在３％～８％时，磁性能较好，最大磁能积达到３５８～３９８ｋＪ／ｍ３【２ｌ】，该值高于前述由贫Ｎｄ合金热变形制各的纳米复合磁体，也高于前述由富稀土合金和贫稀土合金混合热变形制备的纳米复合磁体的磁性能。
添加软磁相会降低矫顽力，这不仅与添加量有关，也与软磁相的颗粒尺寸和粒度分布有很大关系。不难理解，当富Ｎｄ合金与颗粒尺寸较小且粒度分布较窄的软磁合金混合时，可具有较大的接触面积，从而增强交换耦合作用，进一步提高磁性能。为了减小软磁相的颗粒尺寸，Ｌｅｅ［２’】等将由纳米晶的ａ—Ｆｅ组成的颗
热变形纳米复合磁体
作者：郭鹏举， 刘新才， 潘晶， 李勇， 崔平， Guo Pengju， Liu Xincai， Pan Jing， Li Yong， Cui Ping
作者单位：郭鹏举,Guo Pengju(宁波大学,新型功能材料及其制备科学国家重点实验室培育基地,浙江,宁波,315211;中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江,宁波,315040;中国科学院合肥
固体物理研究所,安徽,合肥,230031)， 刘新才,潘晶,Liu Xincai,Pan Jing(宁波大学,新型
功能材料及其制备科学国家重点实验室培育基地,浙江,宁波,315211)， 李勇,崔平,Li
Yong,Cui Ping(中国科学院宁波材料技术与工程研究所,浙江,宁波,315040;中国科学院合肥
固体物理研究所,安徽,合肥,230031)
刊名：
稀有金属材料与工程
英文刊名：RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING
年，卷(期)：2008,37(3)
被引用次数：1次
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引证文献(1条)
1.LIU Xin-cai.XIE Ren.PAN Jing Magnetization arrangement of hard magnetic phases and mechanism of
magnetization and reversal magnetization of nano-composite magnets[期刊论文]-中国有色金属学报（英文版） 2009(5)
本文链接：https://www.doczj.com/doc/5617254426.html,/Periodical_xyjsclygc200803001.aspx