磁鋼:鋁鎳钴合金-中文百科頻道

鋁鎳钴磁鋼

磁鋼最原始的定義即是鋁鎳钴合金(磁鋼在英文中AlNiCo即鋁鎳钴的縮寫)，磁鋼是由幾種硬的強金屬，如鐵與鋁、鎳、钴等合成，有時是銅、铌、钽合成，用來制作超硬度永磁合金（Any of several hard, strong alloys of iron, aluminum, nickel, cobalt and sometimes copper, niobium, or tantalum, used to make strong permanent magnets.）。其金屬成分的構成不同，磁性能不同，從而用途也不同，主要用于各種傳感器、儀表、電子、機電、醫療、教學、汽車、航空、軍事技術等領域。鋁鎳钴磁鋼是最古老的一種磁鋼,被人們稱為天然磁體,雖然他最古老,但他出色的對高溫的适應性,使其至今仍是最重要的磁鋼之一.鋁鎳钴可以在500℃以上的高溫下正常工作,這是他最大的特點,另外抗腐蝕性能也比其他的磁體強。鋁鎳钴合金（Alnico）是一種鐵合金，除了鐵以外，還添加了鋁（Al）、鎳（Ni）、钴（Co）以及少量其他增強磁性能的成分。鋁鎳钴合金具有高矯頑性（coercivity），是很适合為永久磁鐵的材料。鋁鎳钴合金堅硬易脆，無法冷加工（cold work），必需用鑄造或者燒結（Sintering）處理制成。n舉一個中間性質的各向異性鑄造鋁鎳钴合金例子，Alnico-6的成分為8%Al、16%Ni、24%Co、3%Cu、1%Ti，其它都是Fe。Alnico-6的最大磁能積（BHmax）為3.9百萬高斯-奧斯特（megagauss-oersted，MGOe），矯頑性為780oersted ，居裡溫度為860°C，最高工作溫度為525°C。n于1931年，日本材料專家Mishima發現了一種特定成分的鋁鎳钴合金（58% Fe，30%Ni，12%Al），其矯頑性極高，是那時期最好的磁性鋼的兩倍。

鐵氧體磁鋼

概述

是應用最廣泛的的一種永磁材料，以粉末冶金法制造，主要分為鋇料(Ba)和锶料(Sr)兩種，并分為各向異性和各向同性兩類，是不易退磁不易腐蝕的一種永磁材料，最高工作溫度可達250℃，較堅硬且脆，可用金剛石沙等工具切割加工，用合金剛加工之模具一次成型。此類産品大量應用于永磁電機(Motor)和揚聲器(Speaker)等領域。

主要特性

是由粉末冶金法制造

-化學組合為-Ba/SrO6FeO

-較堅硬和脆

-不易退磁

-非常好防蝕性

-價格低廉,來源豐富

-溫度穩定性佳

-最廣泛性用之永磁

钕鐵硼磁鋼

钕鐵硼磁鋼作為節能環保的朝陽産業，已廣泛用于信息技術、汽車、核磁共振、風力發電和電機等領域，預計未來3-5年的複合增長率在20%左右。由于中國具有明顯的資源、成本和市場優勢，世界钕鐵硼産業正在向中國轉移，2005年中國钕鐵硼産量己經占到全球産量的70%以上。

钕鐵硼磁鋼分燒結钕鐵硼與粘接钕鐵硼兩種。

燒結钕鐵硼

術語定義

主要磁性能：

包括永磁材料的剩磁（Br），磁極化強度矯頑力（内禀矯頑力）（Hcj）磁感應強度矯頑力（Hcb）,最大磁能積（（BH）max）

輔助磁性能：

包括永磁材料的相對回複磁導率（μrec）、剩磁溫度系數（α（Br））、磁極化強度矯頑力溫度系數（α（Hcj））、居裡溫度（Tc）

分類牌号

材料分類：

燒結钕鐵硼永磁材料按磁極化強度矯頑力大小分為低矯頑力N，中等矯頑力M，高矯頑力H，特高矯頑力SH，超高矯頑力UH，極高矯頑力EH六類産品

牌号：

每類産品按最大磁能積大小劃分若幹個牌号

N35—N52,N35M—N50M，N30H—N48H,N30SH—N45SH，N28UH—N35UH,N28EH—N35EH

數字牌号：

牌号示例：048021表示（BH）max為366~398kj/m，Hcj為800KA/m的燒結钕鐵硼永磁材料。

字符牌号：

燒結钕鐵硼永磁材料的牌号由主稱賀2種磁特性三部分組成，第一部分為主稱，由钕元素的化學符号ND，鐵元素的化學符号FE和硼元素的化學符号B組成，第二部分為線前的數字，是材料最大磁能積（BH）max的标稱值（單位為kj/m），第三部分為斜線後的數字，磁極化強度矯頑力值（單位為KA/m）的十分之一，數值采用四舍五入取整。

牌号示例：NdFeb380/80表示（BH）max為366~398kj/m,Hcj為800KA/MR的燒結钕鐵硼永磁材料。

化學成分

钕鐵硼永磁材料是以金屬間化合物RE2FE14B為基礎的永磁材料。主要成分為稀土（RE）、鐵（FE）、硼（B）。其中稀土ND為了獲得不同性能可用部分镝（Dy）、镨（Pr）等其他稀土金屬替代，鐵也可被钴（Co）、鋁（Al）等其他金屬部分替代，硼的含量較小，但卻對形成四方晶體結構金屬間化合物起着重要作用，使的化合物具有高飽和磁化強度，高的單軸各向異性和高的居裡溫度。

制造工藝

燒結钕鐵硼永磁材料采用的是粉末冶金工藝，熔煉後的合金制成粉末并在磁場中壓制成壓胚，壓胚在惰性氣體或真空中燒結達到緻密化，為了提高磁體的矯頑力，通常需要進行時效熱處理。

材料應用

燒結钕鐵硼永磁材料具有優異的磁性能，廣泛應用于電子、電力機械、醫療器械、玩具、包裝、五金機械、航天航空等領域，較常見的有永磁電機、揚聲器、磁選機、計算機磁盤驅動器、磁共振成像設備儀表等。

粘結钕鐵硼

資料

産品簡介：由粉末冶金法制造。

化學組成：Nd2Fe14B

高剩磁、高矯頑力、高磁能積、高性能價格比。

表面塗層或電鍍抗蝕性較低。

容易加工各種尺寸及最小規格，廣泛應用于各個領域。

NdFeB粘結永磁材料是由NdFeB磁粉加入粘合劑而制成。日本自1988年成功地開發此材料以來其發展相當的聲速、産量成倍地增長，它作為一種高性能的永磁材料，符合當代電子産品期短、小、輕、薄方向發展的潮流。

應用

粘結钕鐵硼永磁材料的生産及應用開發較晚，應用面不廣，用量較小，主要用于辦公室自動化設備、電裝機械、視聽設備、儀器儀表、小型馬達和計量機械、在手機、CD-ROM、DVD-ROM驅動電機、硬盤主軸電機HDD、其他微特直流電機和自動化儀器儀表等領域應用廣泛。近年我國粘結钕鐵硼永磁材料的應用比例為：計算機占62%，電子工業占7%，辦公室自動化設備占8%，汽車占7%，器具占7%，其他占9%。

與燒結磁比較，它可一次成形，無需二次加工、可以做成各種形狀複雜的磁體，這也是燒結磁體所無法相比的，應用它可大大減少電機的體積及重量。

主要特性：

1、粘結钕鐵硼環形磁性能遠遠高于鐵氧體；nn2、粘結钕鐵硼圓環由于一次成型，無需後加工，尺寸精度好于燒結钕鐵硼；nn3、粘結钕鐵硼圓環可多樣化多極充磁；nn4、工作溫度高,Tw=150℃；nn5、防腐性能好

永磁材料

簡介

永磁材料（permanent magnetic material）

具有寬磁滞回線、高矯頑力、高剩磁，一經磁化即能保持恒定磁性的材料。又稱硬磁材料。實用中，永磁材料工作于深度磁飽和及充磁後磁滞回線的第二象限退磁部分。常用的永磁材料分為鋁鎳钴系永磁合金、鐵鉻钴系永磁合金、永磁鐵氧體、稀土永磁材料和複合永磁材料。

①鋁鎳钴系永磁合金。以鐵、鎳、鋁元素為主要成分，還含有銅、钴、钛等元素。具有高剩磁和低溫度系數，磁性穩定。分鑄造合金和粉末燒結合金兩種。20世紀30～60年代應用較多，現多用于儀表工業中制造磁電系儀表、流量計、微特電機、繼電器等。

②鐵鉻钴系永磁合金。以鐵、鉻、钴元素為主要成分，還含有钼和少量的钛、矽元素。其加工性能好，可進行冷熱塑性變形，磁性類似于鋁鎳钴系永磁合金，并可通過塑性變形和熱處理提高磁性能。用于制造各種截面小、形狀複雜的小型磁體元件。

③永磁鐵氧體。主要有鋇鐵氧體和锶鐵氧體，其電阻率高、矯頑力大，能有效地應用在大氣隙磁路中，特别适于作小型發電機和電動機的永磁體。永磁鐵氧體不含貴金屬鎳、钴等，原材料來源豐富，工藝簡單，成本低，可代替鋁鎳钴永磁體制造磁分離器、磁推軸承、揚聲器、微波器件等。但其最大磁能積較低，溫度穩定性差，質地較脆、易碎，不耐沖擊振動，不宜作測量儀表及有精密要求的磁性器件。

④稀土永磁材料。主要是稀土钴永磁材料和钕鐵硼永磁材料。前者是稀土元素铈、镨、镧、钕等和钴形成的金屬間化合物，其磁能積可達碳鋼的150倍、鋁鎳钴永磁材料的3～5倍，永磁鐵氧體的8～10倍，溫度系數低，磁性穩定，矯頑力高達800千安/米。主要用于低速轉矩電動機、啟動電動機、傳感器、磁推軸承等的磁系統。钕鐵硼永磁材料是第三代稀土永磁材料，其剩磁、矯頑力和最大磁能積比前者高，不易碎，有較好的機械性能，合金密度低，有利于磁性元件的輕型化、薄型化、小型和超小型化。但其磁性溫度系數較高，限制了它的應用。

⑤複合永磁材料由永磁性物質粉末和作為粘結劑的塑性物質複合而成。由于其含有一定比例的粘結劑，故其磁性能比相應的沒有粘結劑的磁性材料顯著降低。除金屬複合永磁材料外，其他複合永磁材料由于受粘結劑耐熱性所限，使用溫度較低，一般不超過150℃。但複合永磁材料尺寸精度高，機械性能好，磁體各部分性能均勻性好，易于進行磁體徑向取向和多極充磁。主要用于制造儀器儀表、通信設備、旋轉機械、磁療器械及體育用品等。

分類

第一大類是：合金永磁材料，包括稀土永磁材料（钕鐵硼Nd2Fe14B）、钐钴(SmCo)、鋁鎳钴（AlNiCo）

第二大類是：鐵氧體永磁材料（Ferrite）

按生産工藝不同分為：燒結鐵氧體、粘結鐵氧體、注塑鐵氧體，這三種工藝依據磁晶的取向不同又各分為等方性和異方性磁體。

這些就是目前市面上的主要永磁材料，還有一些因生産工藝原或成本原因，不能大範圍應用而淘汰，如Cu-Ni-Fe（銅鎳鐵）、Fe-Co-Mo（鐵钴钼）、Fe-Co-V（鐵钴釩）、MnBi（錳铋）

1，稀土永磁材料（钕鐵硼Nd2Fe14B）：按生産工藝不同分為以下三種

（1）、燒結钕鐵硼（Sintered NdFeB）——燒結钕鐵硼永磁體經過氣流磨制粉後冶煉而成，矯頑力值很高，且擁有極高的磁性能，其最大磁能積(BHmax)高過鐵氧體(Ferrite)10倍以上。其本身的機械性能亦相當之好，可以切割加工不同的形狀和鑽孔。高性能産品的最高工作溫度可達200攝氏度。由于它的物質含量容易導緻鏽蝕，所以根據不同要求必須對表面進行不同的凃層處理。(如鍍鋅、鎳、環保鋅、環保鎳、鎳銅鎳、環保鎳銅鎳等)。非常堅硬和脆，有高抗退磁性，高成本/性能比例，不适用于高工作溫度（>200℃）。

（2）、粘結钕鐵硼（Bonded NdFeB）——粘結钕鐵硼是将钕鐵硼粉末與樹脂、塑膠或低熔點金屬等粘結劑均勻混合，然後用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的複合型钕鐵硼永磁體。産品一次成形，無需二次加工、可直接做成各種複雜的形狀。粘結钕鐵硼的各個方向都有磁性，可以加工成钕鐵硼壓縮模具和注塑模具。精密度高、磁性能極佳、耐腐蝕性好、溫度穩定性好。

（3）、注塑钕鐵硼（Zhusu NdFeB）——有極高之精确度、容易制成各向異性形狀複雜的薄壁環或薄磁體

2，燒結鐵氧體（Sintered Ferrite）的主要原料包括BaFe12O19和SrFe12O19，依據磁晶的取向不同分為等方性和異方性磁體。由于其低廉的價格和适中的磁性能而成為目前應用較為廣泛的一種磁體。鐵氧體磁鐵是通過陶瓷工藝法制造而成，質地也比較堅硬，也屬脆性材料，由于鐵氧體磁鐵有很好的耐溫性及價格低廉，已成為應用較為廣泛的永磁體。

3，橡膠磁（Rubber Magnet）是鐵氧體磁材系列中的一種，由粘結鐵氧體料粉與合成橡膠複合經擠出成型、壓延成型、注射成型等工藝而制成的具有柔軟性、彈性及可扭曲的磁體。可加工成條狀、卷狀、片狀及各種複雜形狀。橡膠磁體由磁粉（SrO6Fe2O3）、聚乙烯（CPE）和其它添加劑（EBSO、DOP）等組成，通過擠出、壓延制造而成。橡膠磁材可以是同性的或異性的，它由鐵氧體磁粉、CPE和某些微量元素制成，可彎、可撚、可卷。它無需更多機械加工即可使用，也可以按所需尺寸修整形狀,橡膠磁也可以根據客戶要求複PVC,背膠,上UV油等。它的磁能積在0.60至1.50MGOe之間。橡膠磁材的應用領域：冰箱、訊息告示架、将物件固定于金屬體以用作廣告等的緊固件，用于玩具、教學儀器、開關和感應器的磁片。主要應用于微特電機、電冰箱、消毒櫃、廚櫃、玩具、文具、廣告等行業。

4，鋁鎳钴（AlNiCo）是最早開發出來的一種永磁材料，是由鋁、鎳、钴、鐵和其它微量金屬元素構成的一種合金。根據生産工藝不同分為燒結鋁鎳钴（Sintered AlNiCo）和鑄造鋁鎳钴（Cast AlNiCo）。産品形狀多為圓形和方形。鑄造工藝可以加工生産成不同的尺寸和形狀；與鑄造工藝相比，燒結産品局限于小的尺寸，其生産出來的毛坯尺寸公差比鑄造産品毛坯要好，磁性能要略低于鑄造産品，但可加工性要好。在永磁材料中，鑄造鋁鎳钴永磁有着最低可逆溫度系數，工作溫度可高達600攝氏度以上。鋁鎳钴永磁産品廣泛應用于各種儀器儀表和其他應用領域。

5，钐钴（SmCo）依據成份的不同分為SmCo5和Sm2Co17,分别為笫一代和笫二代稀土永磁材料。由于其原材料十分稀缺，價格昂貴而使其發展受到限制。钐钴（SmCo）作為第二代稀土永磁體，不但有着較高的磁能積（14-28MGOe）和可靠的矯頑力，而且在稀土永磁系列中表現出良好的溫度特性。與钕鐵硼相比，钐钴更适合工作在高溫環境中（>200℃）。

發展曆程

十九世紀末使用的碳鋼，磁能積（BH）max(衡量永磁體儲存磁能密度的物理量)不足1MGOe(兆高奧)，而國外批量生産的Nd-Fe-B永磁材料，磁能積已達50MGOe以上。這一個世紀以來，材料的剩磁Br提高甚小，能積的提高要歸功于矯頑力Hc的提高。而矯頑力的提高，主要得益于對其本質的認識和高磁晶各向異性化合物的發現，以及制備技術的進步。nn二十世紀初，人們主要使用碳鋼、鎢鋼、鉻鋼和钴鋼作永磁材料。二十世紀三十年代末，AlNiCo永磁材料開發成功，才使永磁材料的大規模應用成為可能。五十年代，鋇鐵氧體的出現，既降低了永磁體成本，又将永磁材料的應用範圍拓寬到高頻領域。到六十年代，稀土钴永磁的出現，則為永磁體的應用開辟了一個新時代。nn1967年，美國Dayton大學的Strnat等，用粉末粘結法成功地制成SmCo5永磁體，标志着稀土永磁時代的到來。迄今為止，稀土永磁已經曆第一代SmCo5，第二代沉澱硬化型Sm2Co17，發展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。nn此外，在曆史上被用作永磁材料的還有Cu-Ni-Fe、Fe-Co- Mo、Fe-Co-V、MnBi、A1MnC合金等。這些合金由于性能不高、成本不低，在大多數場合已很少采用。而AlNiCo、FeCrCo、PtCo 等合金在一些特殊場合還得到應用。目前Ba、Sr鐵氧體仍然是用量最大的永磁材料，但其許多應用正在逐漸被Nd-Fe-B類材料取代。并且，當前稀土類永磁材料的産值已大大超過鐵氧體永磁材料，稀土永磁材料的生産已發展成一大産業。