一种LR-Co基高温永磁体的制备方法 |
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| 申请号 | CN201710534404.2 | 申请日 | 2017-07-03 | 公开(公告)号 | CN107481851A | 公开(公告)日 | 2017-12-15 |
| 申请人 | 河钢股份有限公司邯郸分公司; | 发明人 | 韩健; 王晓晖; 王光建; 吴保华; 朱文玲; 徐晓; 黄小波; 孙泽辉; 卜二军; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种LR-Co基高温 永磁体 的制备方法，方法包括母 合金 的配置、母 合金锭 的熔炼、球磨和压制坯 块 、 烧结 和固溶工序； 母合金 的配置工序，采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料配制不同目标成分的母合金；烧结和固溶工序，采用 真空 管式炉。本发明在平衡利用稀土元素的 基础 上，在2:17型SmCo基合金中直接添加和液相添加其它轻稀土元素，实现2:17型LR-Co基永磁体在不同 温度 条件下综合 磁性 能的最优化；产品能够满足科技发展对永磁材料的高温需要，达到混合动 力 汽车 中的驱动 电机 、 风 力 发电机组 、交流同步电机、大型直流 马 达、以及军工领域等方面的器件及装置对永磁材料的 工作温度 较高的要求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种LR-Co基高温永磁体的制备方法，其特征在于，所述方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序；所述母合金的配制工序，采用纯度为 |
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| 说明书全文 | 一种LR-Co基高温永磁体的制备方法技术领域[0001] 本发明属于永磁体的制备技术领域，具体涉及一种LR-Co基高温永磁体的制备方法。 背景技术[0002] 永磁材料的工作温度对提高能量转换的效率具有直接重要的作用。近来混合动力汽车、风力发电、大型直流马达等领域得到大力发展，为了提高能源的利用效率，应对“能源危机”和“环境污染”等问题，混合动力汽车中的驱动电机、风力发电机组、交流同步电机、大型直流马达、以及军工领域等方面的器件及装置对永磁材料的工作温度提出了较高的要求。稀土永磁材料是目前永磁体中磁性能最优的永磁体，其中钕铁硼是目前性能最高的稀土永磁体，但NdFeB永磁材料的居里温度只有312℃，添加昂贵且稀少的重稀土铽(te)、镝(di)后最高使用温度也不超过200℃，难以满足科技发展对永磁材料的高温需要。2:17型Sm(CoFeCuZr)z[钐shan/Zrgao]稀土永磁体的综合高温磁性能最好，居里温度Tc达820℃，是理想的高温永磁材料，本发明在考虑平衡利用稀土元素的基础上，通过在2:17型SmCo基合金中直接添加和液相添加其它轻稀土元素，实现2:17型LR-Co基永磁体在不同温度条件下综合磁性能的最优化。 发明内容[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种LR-Co基高温永磁体的制备方法；在考虑平衡利用稀土元素的基础上，通过在2:17型SmCo基合金中直接添加和液相添加其它轻稀土元素，实现2:17型LR-Co基永磁体在不同温度条件下综合磁性能的最优化。 [0004] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种LR-Co基高温永磁体的制备方法，所述方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序；所述母合金的配制工序，采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料配制不同目标成分的母合金；所述母合金锭的熔炼工序，采用真空电弧熔炼炉；所述烧结和固溶工序，采用真空管式炉。 [0005] 本发明所述母合金的配制工序，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：15～24%，Co：46～59%，Fe：10～18%，Cu：5～10%，Zr：1～5%。 [0006] 本发明所述母合金的配制工序，配料时额外添加2～4%的Sm元素补充烧损，Sm为活泼的稀土金属，熔炼过程中容易挥发。 [0007] 本发明所述母合金锭的熔炼工序，母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空至真空度5～7KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流400～600A，为保证熔炼均匀，反复熔炼4～6次；熔炼完毕冷却至室温后全部取出,对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，通过母合金锭熔炼前后的重量变化计算出合金中的Sm含量，进而计算出合金的Sm（CoFeCuZr）z最后的各项成分。 [0008] 本发明所述球磨和压制坯块工序，将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；母合金锭球经高能振动球磨获得3～5μm的单晶粉，在其易磁化方向上取向，将会大大提高剩磁，取向度越高，剩磁越高，因此将球磨获得的单晶粉装入橡胶模具中，为了提高充磁过程中单晶颗粒的取向度，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为3～5T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中，将压片机的内部压力加压到180～220MPa后保压1～2h取出，获得热处理用的压制坯块。 [0009] 本发明所述烧结和固溶工序，将压制坯块样品放入真空管式炉中，抽真空到3～5KPa，充入氩气至正压1～2KPa，再抽至3～5KPa后，开始加热，当温度升高到600～700℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1200～1220℃后保温4～5h，然后淬火，冷却至室温取出。 [0010] 本发明所述母合金单晶粉中分别掺入La3Co：2.6～3.2%、Pr3Co：2.8～4.9%粉末一种或两种，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在3-5μm的粉末，随后依次经晾干、装入磨具、充磁、压坯成型。 [0011] 本发明所述烧结和固溶工序，将固溶后的样品放入管式真空炉中，同样抽真空到3～5KPa，充入氩气至正压1～2KPa，再抽至3～5KPa后，开始加热，当温度升高到600～700℃时，充入氩气，样品在750～850℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率分别降至400～500℃，保持8～10h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0012] 本发明所述LR-Co基高温永磁体500℃的矫顽力≥0.9T。 [0013] 本发明在2:17型SmCo基合金中添加2.6～3.2% La3Co，磁体在高温300～500℃的剩磁为0.60-0.77T，磁能积为113-116kJ/m3，矫顽力0.9-1.0T；在2:17型SmCo基合金中添加2.8～4.9% Pr3Co，烧结磁体的剩磁为0.82-0.89T，磁能积为135-139kJ/m3。 [0014] 本发明LR-Co基高温永磁体产品标准参考2:17型SmCo基合金。 [0015] 采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明在考虑平衡利用稀土元素的基础上，通过在2:17型SmCo基合金中直接添加和液相添加其它轻稀土元素，实现2:17型LR-Co基永磁体在不同温度条件下综合磁性能的最优化。2、本发明生产的LR-Co基高温永磁体能够满足科技发展对永磁材料的高温需要，达到混合动力汽车中的驱动电机、风力发电机组、交流同步电机、大型直流马达、以及军工领域等方面的器件及装置对永磁材料的工作温度较高的要求。 具体实施方式[0016] 下面结合具体实施例对本发明作进一步详细的说明。 [0017] 实施例1本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配制工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及重量百分含量为：Sm：16%、Co：56%、Fe：18%、Cu：5%、Zr：5%；配料时多添加2%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 5KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用400A，为保证熔炼均匀，反复熔炼4次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为1.8%，出合金中的Sm含量16.2%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.558Fe0.179Cu0.049Zr0.049）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得3μm的单晶粉，母合金单晶粉中分别掺入La3Co：3.2%、Pr3Co：2.8%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在3μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉松装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为5T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到180MPa后保压1h取出，获得热处理用的压制坯块； （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度3KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度3KPa后，开始加热，当温度升高到600℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1200℃后保温5h，然后淬火，冷却至室温后取出； （5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度3KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度3KPa后，开始加热，当温度升高到600℃，充入氩气，样品在 780℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至400℃，保持8h后，进行淬火，冷却室温后取出。 [0018] 本实施例LR-Co基高温永磁体磁体在高温500℃的剩磁为0.68T，磁能积为114kJ/m3，矫顽力达到了0.93T。 [0019] 实施例2本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配制工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：20%、Co：54%、Fe：14%、Cu：8%、Zr：4%；配料时添加2.5%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 5KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用500A，为保证熔炼均匀，反复熔炼5次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为2.1%，出合金中的Sm含量20.4%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.538Fe0.139Cu0.08Zr0.04）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得4μm的单晶粉，母合金单晶粉中分别掺入La3Co：3.2%、Pr3Co：2.8%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在4μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为4T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到190MPa后保压2h取出，获得热处理用的压制坯块； （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度5KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度5KPa后，开始加热，当温度升高到650℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1220℃后保温5h，然后淬火，冷却至室温后取出； （5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度5KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度5KPa后，开始加热，当温度升高到650℃，充入氩气，样品在 750℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至400℃，保持9h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0020] 本实施例LR-Co基高温永磁体磁体在高温400℃的剩磁为0.75T，磁能积为115kJ/m3，矫顽力达到了0.97T。 [0021] 实施例3本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配置工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：24%、Co：59%、Fe：10%、Cu：6%、Zr：1%；配料时添加3%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 5KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用600A，为保证熔炼均匀，反复熔炼6次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为3.1%，出合金中的Sm含量23.9%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.591Fe0.100Cu0.06Zr0.01）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得5μm的单晶粉，母合金单晶粉中掺入Pr3Co：2.8%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在5μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为3T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到190MPa后保压1h取出，获得热处理用的压制坯块； （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度5KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度5KPa后，开始加热，当温度升高到700℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1210℃后保温4h，然后淬火，冷却至室温后取出； （5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度5KPa，充入氩气至正压1KPa，再抽至真空度5KPa后，开始加热，当温度升高到700℃，充入氩气，样品在 850℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至400℃，保持9h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0022] 本实施例LR-Co基高温永磁体烧结磁体的剩磁为0.88T，磁能积为136kJ/m3。 [0023] 实施例4本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配置工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：22%、Co：58%、Fe：13%、Cu：5%、Zr：2%；配料时添加2.5%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 7KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用600A，为保证熔炼均匀，反复熔炼5次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为2.7%，出合金中的Sm含量21.8%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.581Fe0.13Cu0.05Zr0.02）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得4μm的单晶粉，母合金单晶粉中分别掺入La3Co：2.7、Pr3Co：3.2%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在5μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为4T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到200MPa后保压1.5h取出，获得热处理用的压制坯块； （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度4KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度4KPa后，开始加热，当温度升高到680℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1205℃后保温4h，然后淬火，冷却至室温后取出； （5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度4KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度4KPa后，开始加热，当温度升高到780℃，充入氩气，样品在 850℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至450℃，保持8h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0024] 磁体在高温500℃的剩磁为0.77T，磁能积为115kJ/m3，矫顽力达到了0.96T。 [0025] 实施例5本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配置工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：23%、Co：46%、Fe：17%、Cu：10%、Zr：4%；配料时添加4%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 5KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用600A，为保证熔炼均匀，反复熔炼6次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为2.2%，出合金中的Sm含量23.8%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.481Fe0.18Cu0.06Zr0.04）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得3μm的单晶粉，母合金单晶粉中掺入Pr3Co：3.6%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在5μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为4T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到220MPa后保压1h取出，获得热处理用的压制坯块。 [0026] （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度3KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度3KPa后，开始加热，当温度升高到650℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1215℃后保温4h，然后淬火，冷却至室温后取出；（5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度4KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度4KPa后，开始加热，当温度升高到680℃，充入氩气，样品在 850℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至450℃，保持8h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0027] 本实施例LR-Co基高温永磁体烧结磁体的剩磁为0.83T，磁能积为137kJ/m3。 [0028] 实施例6本实施例LR-Co基高温永磁体的制备方法包括母合金的配制、母合金锭的熔炼、球磨和压制坯块、烧结和固溶工序，具体工艺步骤如下所述： （1）母合金的配置工序：采用纯度为99.9%以上的Sm、Co、Fe、Cu和Zr金属原料，母合金化学成分组成及质量百分含量为：Sm：15%、Co：58%、Fe：17%、Cu：8%、Zr：2%；配料时添加2.5%的Sm元素补充烧损； （2）母合金锭的熔炼工序：母合金放入真空电弧熔炼炉中熔炼，熔炼前先抽真空到 5KPa，然后充入Ar气，在Ar气保护下进行熔炼，熔炼电流采用600A，为保证熔炼均匀，反复熔炼5次；熔炼完毕经冷却室温后全部取出，并对母合金锭进行称重，熔炼前后合金重量的变化全部记为Sm的烧损，母合金锭熔炼前后的重量损失为2.7%，出合金中的Sm含量21.8%，合金的最后的成分标示Sm（2 Co0.581Fe0.13Cu0.05Zr0.02）17； （3）球磨和压制坯块工序：将熔炼完毕的合金锭用砂轮去掉表层的氧化层，并经超声波清洗后放入真空手套箱中进行粗破碎，并过80目筛获得粗粉；之后母合金锭球经高能振动球磨获得4μm的单晶粉，母合金单晶粉中分别掺入La3Co：2.6、Pr3Co：4.9%粉末，然后在汽油保护下用球磨工艺将混合粉末磨成平均粒度在5μm的粉末，随后晾干； 将单晶粉装入橡胶模具中，然后放入脉冲磁场中，脉冲磁场大小为4T，进行充磁取向，然后压实粉末后再进行充磁取向；将装有取向粉末的橡胶模具用保鲜膜包好，放入等静压压片机中；将压片机的内部压力加压到200MPa后保压1.5h取出，获得热处理用的压制坯块； （4）母合金锭的烧结和固溶工序：在真空管式炉中进行热处理，采取固溶达到磁体密实的目的；将样品放入真空管式炉中，抽真空到真空度4KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度4KPa后，开始加热，当温度升高到680℃时，充入氩气，以减少高温下Sm元素的挥发，温度升高到固溶温度1212℃后保温4h，然后淬火，冷却至室温后取出； （5）烧结和固溶工序：将固溶后的样品放入管式真空炉中，抽真空到真空度4KPa，充入氩气至正压2KPa，再抽至真空度4KPa后，开始加热，当温度升高到620℃，充入氩气，样品在 850℃进行24h等温时效后，以0.5℃/min的降温速率降至500℃，保持10h后，进行淬火，冷却至室温后取出。 [0029] 磁体在高温500℃的剩磁为0.77T，磁能积为115kJ/m3，矫顽力达到了0.96T。 |
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