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永磁体的发展历史

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© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net表面氧化膜层的EDS分析证实了其中具有

富铝及含有少量铂的保护层。

硬度测定　无涂层的IMI834钛合金

试样暴露100h后出现了厚40μm的硬度区

(α区),表面脆性的延伸将使合金延展性显

著降低并因表面出现裂纹而导致失效。然

而,涂覆铂-铝化物涂层的试样表面即使暴

露400h后也没出现任何硬度区。这种涂层

有效地防止氧扩散进入钛合金而减少了α层

的形成。

金相形貌　对涂覆铝化物及PtAl2涂

层的试样800℃、400h循环氧化及无涂层试

样800℃、100h循环氧化的截面进行观察,

结果表明,在相同条件下,PtAl2涂层的试

样几乎没有氧化而涂覆铝化物涂层的试样已

出现氧化;无涂层的IMI834合金在800℃

氧化100h,就可观察到大范围的氧化和α

层的形成。这说明涂覆铝化物涂层具有部分

保护作用;PtAl2涂层具有良好的保护作用。

加涂PtAl2涂层的IMI834合金经

800℃、400h循环氧化实验后的元素分布

为:在涂层表面形成了一层非常明显的连续、结合力强的保护氧化铝层。其中很重要

的一点是观察到涂层中铝的内扩散,并且可

以清楚地看到铝的内扩散是发生在PtAl2涂

层下面;锡元素则向涂层中扩散并且在不含

铂的铝层上部集中。合金元素不能扩散进入

涂层并影响其性能。铂在整个涂层中扩散是

不均匀的,它阻止了扩散元素与氧发生作用。

在钛合金表面的高熔点金属间铝化铂涂

层通过电沉积及包覆渗铝技术结合而获得成

功。它能保护钛合金在受限的600℃或者更

高的温度使用。铝化铂涂层不仅有效的减少α层的形成,而且对IMI834高温钛合金在

800℃能提供优秀的抗氧化性能。因此,此

涂层是应用于航空燃气涡轮发动机的钛合金

压缩机部件上的有潜力的涂层之一。

在钛合金上制备铝化铂涂层的次序是非

常重要的。用溅射工艺先沉积铂、后沉积

铝,然后通过热处理形成有次序的涂层,可

能要比通过电沉积及包覆渗铝得到的单一涂

层要有效地多。这些方面的研究仍需在实验

室中进一步进行。

(周　惠)

永磁体的发展历史

永磁体的性能是依据其最大磁能积的大

小来衡量的。在20世纪的100年间,永磁

体的最大磁能积提高了100倍,其发展过程

如图1。

20世纪初的永磁体是淬火碳素钢的同

类钢,1917年日本本多光太郎开发了KS钢

(KichizaemonSumitomo:住友吉佐卫门磁钢),使磁能积提高到8kJ/m3。1913年

Co-铁氧磁体、1932年MK磁钢(Mishima

Kaiya:三岛养家磁钢)面世。Co-铁氧磁

体作为最早的氧化物系磁体,MK作为最早

的析出硬化型磁体具有重要意义。氧化物系磁体获得很大发展是在1953年荷兰的J.J.

Went发明Ba-铁氧磁体以后,这种磁体的

原料费便宜,粉末烧结过程可在空气中进

行,其磁能积达35kJ/m3。为此,在汽车

产业中被广泛应用,产量猛增。即使今天铁

氧磁体的产量仍在继续增长,但它仍是目前

生产重量最大的永磁体。

MK磁钢在其后的组成改进,磁场中冷

却热处理及铸造技术(柱状晶)的开发使其

发展到阿尔尼科磁体。至1961年阿尔尼科

磁体的磁能积达85kJ/m3。这是在稀土类

磁体出现前的最高记录。

61新材料・新工艺

稀有金属快报2003年第11期

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net图1　20世纪永磁体的发展历史 最早研究稀土类磁体的是K.J.Strnat

等人,在60年代开发出SmCo5烧结磁体,

其磁能积为阿尔尼科磁体的2倍以上。上述

阿尔尼科磁体的改进,Ba、Sr铁氧磁体和

SmCo5烧结磁体的发明是以欧美国家的研究

人员为主导。但其后日本的亻表好夫发明了

析出硬化Sm2Co17磁体。永磁体的研究中心

又重新回到了日本。后经日本多名学者改进

组成及热处理方法,使其磁能积达到最高

(246kJ/m3),当Sm2Co17的改进达到顶点

时,出现了NdFeB磁体。

1983年在美国举行的磁学和磁体材料

大会上(MMM83),日本的佐川真人发表

了最早关于NdFeB磁体的论文,引起了很

大轰动,在这之前已申请了NdFeB专刊。

当时发表的NdFeB磁体文章还有美国的4

篇,但日本的是烧结磁体,这与美国的超急

冷合金磁体在制取方面有很大差别。这主要

是当时对NdFeB中的硬磁性相的认识不同,

美国人认为它是亚稳定相,不能加热至高

温,而日本人认为它是平衡相,可加热至熔

点附近使其高密度化,所以美国人的NdFeB

磁体的磁能积仅为130kJ/m3,而日本人的

NdFeB磁体的磁能积为280kJ/m3,打破了永磁体磁能积的历史记录。第2年NdFeB

烧结磁体就开始了商业化生产,产量急剧增

长。这么短时间就转化为商业生产,对新材

料来说是史无前例的。现在全世界NdFeB

烧结磁体的年产量为15000t,NdFeB粘结

磁体的年产量为3000t,按件数计算年生产

能力为10亿个,可以说它已成为人们生活

的一部分。

永磁体的发展是基于NdFeB磁体的发

明,但使其大发展成为可能则应归功于从事

开发的许多优秀技术人员的努力。在商业生

产的同时,不能忘记基础研究的重要性,

NdFeB磁体的文章发表后,关于NdFeB磁体

的主相、Nd2Fe14B的结晶构造、电子结构以

及磁性各向异性机理等的研究成果都成为人

类的知识财富,对磁体的生产和开发人员来

说,这些基础研究所取得的技术成果是他们

解决各种问题和指导开发极为重要的条件。

至今100年间,日本的研究人员在永磁

体这个领域一直处于世界领先地位,如今中

国正在奋起直追。在日本的大学,关于永磁

体基础研究已为数不多,这令人担心,可能是

研究经费不足造成的。永磁体在今后将会变

得越来越重要,电动汽车、电梯等马达正在大

71新材料・新工艺

稀有金属快报2003年第11期

© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net量使用稀土类磁体,地球温室效应的防止对

策也正在促使稀土类磁体产业的发展,因此

关于所用的永磁体的化合物的电子构造,永磁体矫顽力的研究等是支持产业发展的坚强

力量,应投入充分的资金进行这方面的研究。

(吴全兴)

Ti45Zr38Ni17非晶粉和准晶粉的高压贮氢

准晶体(i-相)比通常晶体含有更多

的四面体配位间隙。因此,如果i-相中某

些原子具有与氢的亲和力,那么i-相对贮

氢应用具有更好的物理性能。Ti-Zr-Ni

准晶体及相关相可用熔体急冷法或退火产

生,它可贮存大量氢,有望作为新型贮氢材

料。此外,它们的组织在吸氢-放氢处理温

度和压力下可保持稳定,有利于贮氢材料应

用。但氢循环(吸氢-放氢)令合金组织产生

缺陷和粉化,这对应用产生不良影响。由于

原始材料表面氧化,贮氢前必须经活化处理。

美国华盛顿大学物理系的AkitoTakasaki等

对机械合金化法(MA)制备的非晶和准晶粉

末放氢时组织变化进行了研究,也检查了i-

相粉末氢再生时处理和激活处理。

研究中利用纯度为9919%的Ti,Zr和

Ni粉,按Ti45Zr38Ni17成分配比在氩气保护

下或在氢气中球磨混合得到非晶态粉末,再

经退火处理,便得到准晶态粉末。然后在

573K和38MPa下进行吸氢处理,在10-1Pa真空下放氢。

X射线衍射(XRD)表明,MA制成的

粉末退火后成分不均匀,不是成分单一的准

晶相粉末,而是i-相和Ti2Ni相混合晶体。

这样的粉末经第一次氢化处理后,XRD的

i-相和Ti2Ni相峰移向较底角度,说明吸

氢后的准晶体和晶体膨胀,计算出的吸氢后

的i-相晶格常数为01553mm,比不吸氢的

晶格常数膨胀了616%,而Ti2Ni相晶格常

数在吸氢前后分别为01120mm和

01123mm,即吸氢后增加了215%,或晶格体积膨胀了619%。经800K加热放氢后,i

-相和Ti2Ni相XRD峰又回到氢化前的原

始位置,说明吸氢和放氢的可逆性良好。第

二次氢化后,XRD测不出Ti2Ni相存在,而出现了(Ti,Zr)H2fcc氢化物峰。随着

氢化时间延长,氢含量增加,最大氢含量为

60%(原子分数)。但第一次氢化处理时,由于粉末表面有氧化膜,阻挡氢渗入,达到

最大氢含量时需200h,而第二次氢化处理

时,达到最大氢含量时只需60h,说明反复

氢化处理有激活作用,缩短吸氢时间。

非晶态粉末经573K,318MPa加压氢

化处理后,生成(Ti,Zr)H2(晶格常数

a=0146nm),放氢时加热至803K时氢化物

仍是稳定的,853K时氢化物开始分解,

903K时完全转变成Ti2Ni晶体。非晶态粉

末氢化处理时,氢含量也是时间函数,在短

时间内氢含量就达到45%,这可能是由于

这种粉末无需激活处理。但要达到最大氢含

量60%,仍需要长达200h,这可能是由于

粉末没有筛分,较大颗粒粉末需要更长吸氢

时间。

对于氢气下MA方法制备的非晶态粉

末XRD测试结果表明,经过20hMA处理

仍是非晶态峰,没有氢化物峰出现,说明在

室温和低氢压力(011MPa)下,粉末吸氢

很少,可以忽略不计,但氢气下MA制备

的粉末在随后氢化处理时,吸氢时间大大缩

短,可能是由于氢气下制备粉末时,其表面

氧化物阻挡层大大减少所致。

(蔡学章)

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永磁电机设计计算手册

永磁电机设计计算手册

永磁电机设计计算手册

第一章 永磁电机基础知识概述

1.1 永磁电机的发展历史

永磁电机是利用永磁材料产生永磁场，通过与电流的相互作用产生转矩从而实现动力传递的一种电动机。永磁电机的历史可以追溯到 19 世纪初，当时英国科学家 Faraday 通过实验最早发现磁场与导体之间的相互作用。随后，人们利用永磁材料和电流相互作用的原理，逐渐发展出了永磁电机的原型，并不断进行改进，使其性能不断提升。20 世纪以来，随着先进材料和技术的不断发展，永磁电机在各个领域都得到了广泛应用，并成为电动机领域的重要一员。

1.2 永磁电机的分类

永磁电机可以根据永磁材料的不同以及结构形式的不同进行分类。按照永磁材料的不同，永磁电机可以分为硬磁永磁电机和软磁永磁电机两大类。硬磁永磁电机采用永磁材料为

NdFeB 等硬磁材料，具有较高的磁场强度和稳定性；而软磁永磁电机采用永磁材料为

SmCo 等软磁材料，具有较高的抗腐蚀性和较低的磁场强度。按照结构形式的不同，永磁电机可以分为平内磁式、平外磁式、内转子外定子式等多种形式。

1.3 永磁电机的工作原理

永磁电机的工作原理主要是通过永磁材料产生的永磁场与电流之间的相互作用，产生电磁转矩，从而实现动力传递。永磁电机一般由定子、转子、永磁体、绕组等部件组成。当给定子绕组通电产生磁场时，永磁体的永磁场与定子绕组的磁场相互作用，产生电磁转矩，从而驱动转子运动。

1.4 永磁电机的优点

与传统的电磁电机相比，永磁电机具有体积小、重量轻、效率高、响应快、寿命长等诸多优点。首先，永磁电机采用永磁材料产生永磁场，无需外部电流激励，因此没有电励磁损耗，效率更高。其次，永磁电机由于采用永磁材料，所以具有较小的体积和重量，适合于一些对重量和体积要求较高的场合。此外，永磁电机具有瞬时响应快、寿命长、维护方便等优点。因此，在诸如汽车、家电、工业生产等领域得到了广泛应用。

1.5 永磁电机的应用领域

磁的发展简史

磁的发展简史

磁的发展简史：

我国是用文字记载磁现象最早的国家之一。公元前4世纪战国时期成书的《管子》中已

有“上有慈石者下有铜金”的描述。这是有关磁石和磁性矿的最早记载。公元前3世纪的《吕

氏春秋》中所写的“慈石召铁，或引之也”，描述了磁石吸铁现象。磁现象的应用，在我国

古代后魏的《水经注》等书中，就提到秦始皇为了防备刺客行刺，曾用磁石建造阿房宫的北

阀门，以阻止身带刀剑的刺客入内。医书上还谈到用磁石吸铁的作用，来治疗吞针。但磁现

象早期应用方面，最光辉的成就是指南针的发明和应用，这也是我国对人类所做出的巨大贡

献。 我国战国时期就发现了磁体的指南性。最早指南的磁石是一种勺状的，叫司南，它的

灵敏度虽很低，但却给人以启示：有一种地磁存在，磁石可以指向。到北宋时期，制成新的

指向仪器棗指南鱼。在曾公亮的《武经总要》中详细记载了指南鱼的制造过程。这里有个重

大突破，就是采用了磁化的方法，使鱼形铁磁化后，成一个指向仪器。此后，指南针的制造

和安装方法在北宋沈括的《梦溪笔谈》中已有明确记载。不久指南针与方位盘结合起来成了

罗盘，为航海提供了方便而可靠的指向仪器。后来，我国指南针传入欧洲。到16世纪，欧

洲出现了航海罗盘。指南针的发明，推动了航海事业的发展，也为研究地磁三要素创造了条

件。

英国人吉尔伯特在磁的研究方面做出了突出贡献。他的著作《论磁》是人们对磁现象系

统研究开始的标志，书是1600年出版的。书中记录了吉尔伯特研究磁现象时所做的各种仪

器，及实验过程，也记录了他从实验中所得到的结论。他从磁性“小地球”实验中，根据磁

针的排列与指向，提出地球本身是一个大磁体，两极位于地理的北、南两极附近；提出了磁

子午线概念；吉尔伯特还说明了磁偏角及地磁倾角的测定方法；铁的磁化及去磁概念；定性

的研究磁石的吸引与推斥。这都为磁的进一步研究开拓了道路上，为建立电磁场的理论体系

打下了基础；在实践上，开创了电气化时代的新纪元。 法拉第发现电磁感应现象之后，解

MRI设备详细介绍

MRI设备详细介绍

mri设备详细介绍

mri, 设备

MRI设备

MRI设备是利用生物体的磁性核（主要是氢核）在磁场中所表现出的MR特性来进行成像的设备。随着超导技术、磁体技术、电子技术、计算机技术和材料科学的进步，MRI设备得到飞速的发展。MRI设备已成为最先进、最昂贵的现代化诊断设备之一。MRI设备既是评价医院综合能力的一项重要指标，又是医院现代化程度和诊断水平的标志。我国现有600多台MRI设备正在运行，并以每年几十台的速度增长（含临床应用型和临床研究型）。本章将以临床应用型永磁开放式MRI设备为例，系统地介绍MRI设备的构成和工作原理。

第一节 概述

一、发展简史

MR现象于1946年第一次由布洛赫（F.Bloch）领导的斯坦福大学研究小组和伯塞尔（E.Purcell）领导的哈佛大学研究小组分别在水与石蜡中独立地观察到。因此，布洛赫和伯塞尔共同获得了1952年的诺贝尔物理学奖。随后，人们利用MRI技术进行了多领域的应用。MRI设备早期集中在物理和化学方面，用来确定化学成分、分子结构和反应过程。1967年，第一次用MRI设备测试人体活体。

1971年，达马丁（Damadian）发现了MRI的一个重要参数—T1。肿瘤组织的T1值远大于相应正常组织的T1值。此结果预示着MRI设备在医学诊断中的广阔应用前景。

1973年，受CT图像重建的启示，纽约州立大学的劳特布尔（Lauterbur）在《Nature》杂志上发表了MRI设备空间定位方法（均匀静磁场上迭加梯度磁场）。利用MRI模型（两个并排在一起的充水试管）的四个一维投影，成功的获得了第一幅MRI模型的二维图像。

1974年，曼斯菲尔德（Mansfield）研究出脉冲梯度法选择成像断层的方法。

1975年，恩斯特（Ernst）研究出相位编码的成像方法。

1977年，爱特斯坦（Edelstein）、赫切逊（Hutchison）等研究出自旋扭曲（Spin Warp）成像法。

钕铁硼基本知识

钕铁硼基本知识

钕铁硼基本知识

钕铁硼(NdFeB)是一种强磁性材料，由钕(Nd)，铁(Fe)，硼(B)组成。它是目前最常用的永磁材料之一，具有高磁能积、高矫顽力和较高的抗氧化性能。以下是关于钕铁硼基本知识的整理文档。

一、钕铁硼的历史与发展

钕铁硼在20世纪80年代初被发现，并因其出色的磁性能而引起了广泛的关注。随后，钕铁硼材料的磁性能不断提升，应用领域也逐渐扩大，成为重要的功能材料之一

二、钕铁硼的化学组成

钕铁硼的化学组成主要包括钕(Nd)，铁(Fe)，硼(B)以及少量的其他添加元素。其中，钕元素是主要的磁性元素，可以提高钕铁硼的磁性能，而铁和硼元素则起到稳定钕铁硼结构的作用。

三、钕铁硼的磁性能

钕铁硼具有极强的磁性能，其矫顽力可以达到1500-2500千安每米，矫顽力越高，表示材料的抗磁场干扰能力越强。同时，钕铁硼具有较高的磁能积，可以达到350-450千焦每立方米。磁能积越高，表示材料具有更强的磁化能力，可以用来制造更小、更强大的永磁体。

四、钕铁硼的制备方法

目前，常用的钕铁硼制备方法主要包括粉末冶金法和溶液法。粉末冶金法是将钕铁硼原料混合后，在特定温度下进行烧结和热处理，最终制得钕铁硼块材料。溶液法则是通过溶液中的化学反应，沉淀出纳米级的钕铁硼颗粒，然后通过热处理得到钕铁硼永磁体。 五、钕铁硼的应用领域

钕铁硼在现代工业中有广泛的应用。它常被用于制造永磁电机，如风力发电机、电动车电机等。此外，钕铁硼也可用于制造传感器、磁盘驱动器、磁共振成像仪等高科技设备。同时，钕铁硼还可以用于制作磁性吸附剂、磁性封存材料等。

六、钕铁硼的应用前景

随着科学技术的不断发展，钕铁硼的磁性能还有很大的提升空间。目前，研究者们正在尝试改进钕铁硼的结构和制备工艺，以进一步提高其磁性能。未来，钕铁硼有望在更多领域发挥重要作用，并推动科学技术的进步。

七、钕铁硼的环境保护与回收利用

钕铁硼的制备和应用过程中，会产生一定的废料和废气。为了保护环境，需要合理处理和回收利用这些废物。目前，一些世界各地的钕铁硼生产企业已经采取了环保措施，如废水处理和固体废物回收等，以减少对环境的污染。