探索高磁能材料的性能与应用

高磁能材料主要指磁能积（BH）_max高或矫顽力H_c高的材料，其中，铝、镍、钴是该类的主要元素，此外，还有铜镍铁合金及铁氧体材料（非铁合金）。常用高磁能材料、磁特性和用途见表18-12。

表18-12 常用高磁能材料、磁特性和用途

1.铝镍钴永磁材料

Al-Ni-Co合金采用铸造生产，磁性高，稳定性好，制作工艺简单，最早生产的铝镍铁合金为AlNiCo3，后加入钴成了AlNiCo4，以后又在铝镍钴的基础上加入了Cu、Ti，组成铜镍钴合金系列。目前常用的是AlNiCo5和AlNiCo8磁性合金。

此类合金在高温时（＞1200℃）是以铁为主体的体心立方点阵α相，在1200～850℃缓慢冷却时，析出细小的面心立方点阵γ₁相，在此温度α与γ₁相平衡存在，＜850℃时，γ₁相能自发地转变为α′，室温时α与α′比较是弱磁相，杆状α′相的分布引起硬磁化。

铝镍钴合金的磁性能高低与热处理工艺、磁场处理和结晶组织有关。热处理一般采用加热至单相状态，快速冷却至800℃，避免γ₁相的析出，然后在800℃保温，使α分解为α+α′（纺锤分解）两相弥散组织，然后再在650℃×5h和550℃×20h两次回火。热处理后合金磁性能升高，合金的矫顽力H_c取决于形成质点的各向异性，合金的磁积能（BH）_max取决于α′相的有序化程度。不加磁场的热处理磁性能较低，磁铁的组织是各向同性的，如在800℃，α相分解时，加入不同强度的磁场，进行热磁等温处理（800℃×15min），则晶体均沿圆柱轴取向；〔100〕平行轴向，若所加磁场不同，则材料磁性能不同，一般磁场强度在160×10³～240×10³A/m已够。合金磁性能与不同热处理和磁场强度的关系见图18-15。为提高性能尤其是最大磁积能，大力推广柱状晶，表18-13示出各向异性的柱状晶的数量增加，（BH）max提高显著。柱状晶是在单向冷却模具作用下形成的，一端是厚金属冷却板，模具的其他方向是含铝粉的砂模壁，在单向冷却作用下形成柱状晶。合金亦可用区域重熔法获得柱状晶。

AlNiCo8由于加入钛，使H_c上升到100×10³A/m，与AlNiCo5相比，前者H_c高，而后者B_r值高。

图18-15 AlNiCo8合金磁性能与不同热处理和磁场强度的关系(www.xing528.com)

1—淬火合金 2—淬火加回火合金

表18-13 AlNiCo5合金在不同结晶组织时的磁特性

2.铜镍铁永磁合金

此类合金以铜镍铁为基，有加钴和不加钴的两种。CuNiFeⅠ合金含w（Co）=60%，w（Ni）=20%，w（Fe）=20%，经淬火后具有高的磁能值，这类合金硬度低，属于可加工永磁合金。铜镍铁合金的成分、磁特性和用途见表18-12。

图18-16为Cu-Ni-Fe室温等温截面图，A点为CuNiFeⅠ的成分点，加热到1050℃呈单相γ相，缓慢冷却至室温为γ₁+γ₂，γ₁为富铜的非铁磁性相，γ₂为富铁的铁磁性相，如加热至1050℃以上，急速冷却，阻止了以后γ₁和γ₂的分离而成为过饱和的单相固溶体，以后再在600～630℃时效，则过饱和固溶体分解为弥散的两相脱溶物，呈现磁硬化。

图18-16 铜铁镍合金室温等温截面图