永磁体磁稳定性

永磁体磁稳定性

永磁体的磁稳定性是其性能的重要参数，受到温度、时间、外磁场等多种因素的影响。本文详细探讨了钕铁硼永磁材料的磁稳定性，特别是温度稳定性，并介绍了通过添加不同元素来改善磁性能的方法。

稳定性是永磁材料的重要参数。影响永磁稳定性的外界条件有许多种，其中主要是温度、时间、外磁场、化学腐蚀、辐射、机械振动或撞击等因素。外界条件的变化主要引起磁性能两方面的变化：一种是磁畴结构的变化，这种变化是可逆的，即是可恢复的；另一种是永磁体组织结构的变化，这种变化是不可恢复的。一般情况下，外界影响导致磁性能的变化都可能包括这两种变化。对于钕铁硼永磁材料，我们在使用中最关心的是温度稳定性、时间稳定性、外磁场稳定性及化学稳定性。

温度稳定性

当钕铁硼永磁体工作环境的温度在一定范围内变化时，磁体的磁通量Φ(TotalFlux）都会发生相应的变化,如下图示:

我们用剩磁可逆温度系数αBr、Hcj温度系数βHcj和磁通不可逆损失hirr来衡量钕铁硼磁性能随温度而发生的变化。

剩磁可逆温度系数αBr：当工作环境温度自室温T0升至温度T1时，钕铁硼的剩磁Br也从B0降至B1；当环境温度恢复至室温时，Br并不能恢复到B0，而只能到B0。此后当环境温度在T0和T1间变化时(假设变化量不是很大），Br的变化是线性可逆的。剩磁可逆温度系数αBr即为：

同理，我们可以得出内禀矫顽力Hcj的温度系数βHcj如下：

温度系数α和β所衡量的只是磁性能的可逆变化，即是恢复温度即可恢复磁性能。

现实中我们更常见到的是不可逆的变化，特别是在磁体开路状态下测试其磁通量(TotalFlux）随温度变化至T1而产生的不可恢复的相对变化量，我们称之为温度T1下磁通的不可逆损失hirr，公式为：

从使用的角度看，是希望αBr、βHcj和hirr都是越小越好。但事实上在开路状态下，对于特定工作点(即磁体元件的尺寸和形状）的NdFeB磁体，其αBr较高，一般为-0.11-0.12%/℃；βHcj也较高，一般为-0.6-0.7%/℃(但其与温度段有直接关系）。那么对于αBr和βHcj何者更重要呢？这取决于工作点的选择，如果磁体的工作点较高，即B/H1时αBr起主要的影响作用，而当B/H1时βHcj对磁场的稳定性起主要影响作用。而对于磁通的不可逆损失hirr，通常要求1，在该磁体材料允许使用的最高温度下，该磁体的hirr应≤5%.比如33SH性能标准块(2″×2″×1″）在恒温150℃×1小时后恢复至常温，其hirr5%.

当外界温度自室温上升，磁性能初始的损失是可逆的，恢复温度即可恢复磁性能；其后包括

了不可逆但可恢复的损失，也就是说此时的磁性能损失虽不能通过恢复温度来挽回，但通过再充磁还是可以恢复的；若温度升至磁体的居里温度以上时，磁体的组织结构遭到不可恢复的破坏，即为不可逆且不可恢复的磁性能损失。

一般使用情况下，解决温度稳定性的办法是做老化处理，以消除磁体不稳定的因素(当然，这是以损失部分磁性为代价的，一般为10%）。老化处理的温度和时间根据用途或用户要求来做。例如：可在开水中沸煮3小时，或在烘箱中附铁板加热老化，也可在高真空烧结炉中准确恒温125℃×1.5小时。另外还有一些办法，可通过添加某些元素直接提高磁体本身的温度稳定性。如微波通讯器件的应用领域，要求磁感应强度温度系数αBr越低越好，近几年此方面的研究有了很大进展：

①添加Co，能有效地提高居里温度(一般加入1at.%Co,可提高Tc约10℃）；同时，添加Co，

可使3d亚点阵间的交换作用加强，从而使αBr得以提高。而加入Dy，尽管会降低居里温度，但由于其磁矩与Fe亚点阵磁矩反平行耦合，故亦可改善αBr。如同时添加：用Co替代Fe，用Dy替代Nd，且当比例适当时，NdFeB磁体的αBr可降到0。如对成分为(Nd0.5Dy0.5）15.5Fe51Co26B7.5 磁体，其磁性能即可达：Br=0.88T；Hcj=1.23MA/M-1(15KOe），Hcb=525.4KAM-1；BHm=119.4KJ/M3，αBr=0.00%/℃；磁通不可逆损失≤5%.

②在此基础上，添加Ga，W，可得到低αBr的烧结NdFeB磁体。

③而磁体中添加Tb，则不仅可得到低的αBr，而且能保持高的Hcj和BHm。

再比如电机使用的磁钢，对αBr没有太大要求，但却要求βHcj越低越好。βHcj改善很难，但也有一些研究成果表明：

①添加Dy、Tb、Ga，能改善烧结磁体的βHcj;

②添加Sn，能改善烧结磁体的βHcj:NdFeB磁体或含Al、Dy的NdFeB磁体添加Sn，使局部有效退磁因子Neff减小，从而使矫顽力温度系数