1、NdFeB 材料調(diào)查報告 釹鐵硼合金是第三代永磁材料，其試樣和產(chǎn)品的性能均是當(dāng)今永磁材料中最高的，最大磁能積分別為 431KJ/m3和366KJ/m3,室溫下剩磁 Br可高達(dá)1.47T，磁感應(yīng)矯頑力 Hc可達(dá)992kA/m。同時該合金的機(jī)械 強(qiáng)度比其它永磁材料高，韌性好，密度小，但是居里溫度Tc較低（312 C）,磁感應(yīng)溫度系數(shù)較大（-0.126%C-1）, Br的溫度系數(shù)可達(dá)-0.13%C-1, Hci的溫度系數(shù)達(dá)-（0.60.7） %C-1，使用溫度低，熱穩(wěn)定性和抗腐蝕性能差 （合金中含有極易氧化的釹） ，易生銹。一、NdFeB材料的組分、分類及制備Nd-Fe-B 系永磁材料，是以 Nd2

2、Fe14B 化合物為基體，含有少量富 Nd 和富 B 相的永磁材料，其大體成分為：36wt%Nd , 63wt%Fe, 1wt%B，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鏑（Dy）、鐠（Pr）等其他稀土金屬替代，鐵也可被鈷（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(jié)構(gòu)金屬間化合物起著重要作用，使得化合物具有高飽 和磁化強(qiáng)度，高的單軸各向異性和高的居里溫度。釹鐵硼永磁材料釹鐵硼分為燒結(jié)釹鐵硼和粘結(jié)釹鐵硼兩種，其制備主要有熔煉 -粉末冶金法、 熔體快淬法、還原擴(kuò)散法和粘接磁體四種方法。粘結(jié)釹鐵硼各個方向都有磁性，耐

3、腐蝕；而燒結(jié)釹鐵硼因易腐蝕，表面需鍍層，一般有鍍鋅、鎳、環(huán)保鋅、環(huán)保鎳、鎳銅鎳、環(huán)保鎳銅鎳等。除還原擴(kuò)散法需要Nd2O3外，其它方法均需以金屬釹或 Nd-Fe 合金為原料。釹鐵硼的燒結(jié)體是多相體系，除Nd2Fe14B 外，還有富釹存在，因此在熔煉時按 Nd 15Fe77B8標(biāo)稱組分配料，獲得的合金錠經(jīng)球磨至粒度約為3 pm粉末，然后在垂直于外磁場（1OkOe、方向壓制成型。壓制的坯料在約1380K下于保護(hù)氣氛中燒結(jié)，隨后迅速冷卻。然后在富釹相熔點的溫度（約880K）下進(jìn)行后燒結(jié)處理，再快速冷卻。這樣處理后的坯料再充磁，即可制得NdzFeuB 永磁體。熔體旋淬工藝制備法即將熔融的金屬液流直接噴射

4、到高速旋轉(zhuǎn)的冷襯底上，使熔體急速凝固，并用惰性氣體進(jìn)行保護(hù)以防止氧化。制備薄帶厚 1530pm，薄帶可能是非晶態(tài)，也可能是微晶態(tài)。 NdFeB的最佳 矯頑力出現(xiàn)在適中的淬速下，即產(chǎn)生直徑小于 100nm的晶粒（比燒結(jié)磁體的晶粒約小 100倍）。就成分而 言，快淬薄帶比燒結(jié)體更接近于 Nd2Fe14B 單相成分。釹鐵硼磁體生產(chǎn)中原材料占總生產(chǎn)成本的比例為4550，其中金屬釹占原材料成本的比重高達(dá)60%。燒結(jié)釹鐵硼一般分軸向充磁與徑向充磁，根據(jù)所需要的工作面來定。二、磁性能參數(shù)2.1 NdFeB 材料的磁性能參數(shù)NdFeB磁體的磁性能遠(yuǎn)高于 Sm2Co17系列的第三代稀土永磁材料，其剩磁（ Br、

5、是釤鈷永磁的12 倍，是鐵氧體的35倍，內(nèi)稟矯頑力是鐵氧體的 515倍。NdfeB材料主要磁性能參數(shù)有剩磁 Br，矯頑力 Hcb，內(nèi)稟矯頑力 Hcj，最大磁能積（BH）max，居里溫度 Tc,最高工作溫度等，具體牌號及相關(guān)參數(shù)見表2-1 ， 2-2， 2-3。表 2-1 常見 NdFeB 牌號及性能參數(shù)性能牌號剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br mT(KGs)矯頑力HcB KA/m(KOe)內(nèi)稟矯頑力HcJ KA/m(KOe)最大磁能積(BH) max KJ/m(MGOe)最小值典型值最小值最小值最小值典型值11801230868955263278N35(11.8)(12.1)(10.9)(12)(33)(35

6、)N3812301250899955287295(12.3)(12.5)(11.3)(12)(36)(37)12701280923955303310N40(12.7)(12.8)(11.6)(12)(38)(39)12901310923955318326N42(12.9)(13.1)(11.6)(12)(40)(41)13301350876955342350N45(13.3)(13.5)(11.0)(12)(43)(44)13601380836955366374N48(13.6)(13.8)(10.5)(12)(46)(47)14101420860876374390N50(14.1)(14.2

7、)(10.8)(11)(47)(49)14301440836876390406N52(14.3)(14.4)(10.8)(11.0)(49)(51)30M108011407961114223246(10.8)(11.4)(10)(14)(28)(31)11301150836111424725533M(11.3)(11.5)(10.5)(14)(31)(32)35M118012008681114263271(11.8)(12.0)(10.9)(14)(33)(34)12301250899111428729538M(12.3)(12.5)(11.3)(14)(36)(37)127012809231

8、11430331040M(12.7)(12.8)(11.6)(14)(38)(39)12901310955111431832642M(12.9)(13.1)(12.0)(14)(40)(41)13301350995111434235045M(13.3)(13.5)(12.5)(14)(43)(44)48M1360138010271114358374(13.6)(13.8)(12.9)(14)(45)(47)141014201050111437439050M(14.1)(14.2)(13.2)(14)(47)(49)10801100796135322323930H(10.8)(11.0)(10)

9、(17)(28)(30)11301150836135324725533H(11.3)(11.5)(10.5)(17)(31)(32)11801200868135326327135H(11.8)(12.0)(10.9)(17)(33)(34)性能牌號剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br mT(KGs)矯頑力HcB KA/m(KOe)內(nèi)稟矯頑力HcJ KA/m(KOe)最大磁能積(BH) max KJ/m(MGOe)最小值典型值最小值最小值最小值典型值12301250899135328729538H(12.3)(12.5)(11.3)(17)(36)(37)40H127012809231353303310(12.7)

10、(12.8)(11.6)(17)(38)(39)12901310955135331832642H(12.9)(13.1)(12.0)(17)(40)(41)13301340995135334235045H(13.3)(13.4)(12.5)(16)(43)(44)136013801027135335836648H(13.6)(13.8)(12.9)(16)(45)(46)10501080764159220721528SH(10.5)(10.8)(9.6)(20)(26)(27)30SH108011008041592223239(10.8)(11.0)(10.1)(20)(28)(30)1130

11、1150844159224725533SH(11.3)(11.5)(10.6)(20)(31)(32)35SH118012008761592263271(11.8)(12.0)(11.0)(20)(33)(34)12301250907159228729538SH(12.3)(12.5)(11.4)(20)(36)(37)40SH127012809391592303310(12.7)(12.8)(11.8)(20)(38)(39)12901310955159231832642SH(12.9)(13.1)(12.0)(20)(40)(41)13201340995159233434245SH(13.

12、2)(13.4)(12.5)(20)(42)(43)10501080764199020722328UH(10.5)(10.8)(9.6)(25)(26)(28)30UH108011008121990223239(10.8)(11.0)(10.2)(25)(28)(30)11301150852199024725533UH(11.3)(11.5)(10.7)(25)(31)(32)11801200860199026327135UH(11.8)(12.0)(10.8)(25)(33)(34)12301250907199028729538UH(12.3)(12.5)(11.4)(25)(36)(37)

13、40UH126012709231990303310(12.6)(12.7)(11.6)(25)(38)(39)42UH129013109231990318326性能牌號剩磁感應(yīng)強(qiáng)度Br mT（KGs）矯頑力HcB KA/m（KOe）內(nèi)稟矯頑力HcJ KA/m（KOe）最大磁能積（BH） max KJ/m（MGOe）最小值典型值最小值最小值最小值典型值（12.9）（13.1）（11.6）（25）（40）（41）28EH105010807642388207223（10.5）（10.8）（9.6）（30）（26）（28）30EH108011008122388223239（10.8）（11.0）（10

14、.2）（30）（28）（30）33EH113011508122388247255（11.3）（11.5）（10.2）（30）（31）（32）35EH118012008122388263271（11.8）（12.0）（10.2）（30）（33）（34）38EH123012508682388287295（12.3）（12.5）（10.9）（30）（36）(37)30TH108011008122627223239（10.8）（11.0）（10.2）（33）（28）（30）33TH113011508122627247255（11.3）（11.5）（10.2）（33）（31）（32）35TH118012

15、008122627263271（11.8）（12.0）（10.2）（33）（33）（34）表2-2常見NdFeB材料牌號最高工作溫度系列最高工作溫度C（ Pc=1）N80M100H120SH150UH180EH200TH250表2-3磁性能參數(shù)單位及換算項目單位換算剩磁（Br）高斯（Gs）或mT、T1T=10KGs內(nèi)稟矯頑力（Hcj）奧斯特（Oe ）或A/m1KOe=79.6KA/m矯頑力（Hcb）奧斯特（Oe ）或A/m最大磁能積（BH） max兆高奧（MGOe ）或KJ/ m31MGOe=7.96KJ/m3環(huán)境條件的變化將引起磁性能兩個方面的變化，一是磁疇結(jié)構(gòu)變化引起的，被稱為磁時效，磁時

16、效是 可逆的，當(dāng)磁鐵再一次磁化或充磁時又能恢復(fù)原來的磁性能；另一種是磁鐵的顯微組織變化引起的，稱為 組織時效，是不可逆的，當(dāng)再一次充磁時，不能恢復(fù)原來的磁性能。2.2永磁材料的溫度穩(wěn)定性表2-4 NdFeB材料溫度穩(wěn)定性參數(shù)Br溫度系數(shù)Hcj溫度系數(shù)居里溫度(%/C)(%/ C)(C)-0.08-0.12-0.42-0.70310380磁鐵的剩磁B是隨溫度的升高而減小的，設(shè)B(T°)是永磁體的起始 B，當(dāng)溫度變化到Ti時，磁通B降低到B(T 1)；當(dāng)環(huán)境溫度又恢復(fù)到To時，一般情況下磁通不能恢復(fù)到B(T 0)，而只能恢復(fù)到 B' ©<B(To);當(dāng)溫度變化不大

17、時，B的變化是線性可逆的，定義hT=B(T o)-B(T i)為B的總損失，hirr=B(To)-B' (T)為B的不可逆損失，hrer=B' (T)-B(T i)為B的可逆損失，0=dB/B' (T)dT*1OO%(%/ C )為某一溫度 T時的可逆溫度 系數(shù)。對于矯頑力較小的磁體，長徑比L/D對hirr和hrer的影響較大，當(dāng)L/D較大時，和卽較小；對于高矯頑力永磁體，L/D對其影響較小。一般來講，永磁體矯頑力越高，其hT、hirr和hrer參量就越小。永磁體在使用之前或測試性能之前，在某一溫度加熱一段時間，這一處理稱為老化處理。在老化處理 過程中，使磁鐵不穩(wěn)定的組

18、織或疇結(jié)構(gòu)的因素將得到消除，顯著地降低hT、hirr、hre和a輕稀土金屬化合物的磁化強(qiáng)度隨溫度的升高是降低的，它的磁通B具有負(fù)的溫度系數(shù)。但是在一定的溫度范圍內(nèi)，重稀土金屬化合物的磁化強(qiáng)度隨溫度的升高而升高，在相應(yīng)的溫度范圍內(nèi)具有正的溫度系數(shù)，可見輕稀土化合物與重稀土化合物的磁化強(qiáng)度隨溫度的變化具有補(bǔ)償作用。將輕稀土化合物中的LR元素部分的用重金屬化合物HR取代，做成復(fù)合稀土金屬化合物，當(dāng)重金屬含量達(dá)到某一適當(dāng)?shù)牧繒r，就可使得該化合物在某一溫度范圍內(nèi)磁化強(qiáng)度或磁感應(yīng)強(qiáng)度B不隨溫度變化，即a核。2.3工藝對NdFeB材料磁性能的影響熔煉過程中，應(yīng)盡快將原材料熔化，這樣不僅可以減少Nd、Dy等低

19、熔點的稀土元素?fù)]發(fā)，還可以減少a -Fe的出現(xiàn)，提高合金主相的相對含量，從而最終提高永磁體的磁性能。高矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼磁 鐵中稀土的含量一般較高，鑄錠中a -Fe會比高剩磁的磁體鑄錠少，但也不可忽視。研究者為了減少a -Fe,普遍采用了 SC工藝和薄板鑄錠工藝， 加快了鑄錠的冷卻， 減少了 a -Fe的出現(xiàn)，矯頑力也得到較大提高。制粉時加入抗氧化劑，能有效地降低氧含量，矯頑力也比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的磁體矯頑力高160kA/ m左右。燒結(jié)釹鐵硼磁體的內(nèi)稟矯頑力隨成型時取向度的提高而下降。取向磁體和未取向磁體的矯頑力差別是很大 的。但是，經(jīng)取向成型磁體的剩磁比未取向磁體的剩磁高1/ 2以上,磁能積就高

20、得更多了。這是因為未取向成型的磁體是各向同性的，剩磁低，測試曲線方形度也大大降低 ，嚴(yán)重影響了磁體的磁能積。所以，在成型壓制之前一定要充磁取向，而且充磁取向磁場還應(yīng)較高 ，一般為2. 0T左右。減少氧含量可提高矯頑力，因為氧的相 對含量上升將使稀土的相對含量下降，而主相和富Nd相的相對含量也會減少。富Nd相包覆主相使其彌散分布,是矯頑力提高的原因，因此這兩種相的減少都會導(dǎo)致矯頑力的降低。燒結(jié)釹鐵硼磁體的內(nèi)稟矯頑力隨成型時的取向度提高而下降。取向磁體和未取向磁體的矯頑力差別是 很大的。但是，經(jīng)取向成型磁體的剩磁比沒有取向磁體的剩磁高一半以上，磁能積就高的更多了。這是因 為沒有取向成型的磁體是各向

21、同性的，剩磁低，測試曲線方形度也低，嚴(yán)重影響了磁體的磁能積。如果合金的基體是單相，在后期的熱處理中沒有相變發(fā)生，僅是改變晶界的狀態(tài)，一般把燒結(jié)后的熱 處理稱為后燒處理，或叫回火，反之則叫做時效處理。時效處理后剩磁增加較小，但矯頑力卻能成倍的增 加。在通過工藝改善材料磁性能時應(yīng)當(dāng)注意的是，磁晶各向異性導(dǎo)致了單晶磁致伸縮的各向異性和熱膨脹 性質(zhì)的各向異性，單晶體的磁致伸縮各向異性和熱膨脹的各向異性將會導(dǎo)致磁體由高溫向低溫冷卻過程中 內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，會使材料的力學(xué)性能變差。由于具有優(yōu)良磁性能的永磁體具有高的磁晶各向異性 所以磁體的磁性能越高，力學(xué)性能越差。三、物理性能參數(shù)3.1 NdFeB材料

22、的物理性能10%20%的成品率為代價的，并且NdFeB可進(jìn)行鉆孔加工，但仍然很脆。其機(jī)械強(qiáng)度參數(shù)值如表 3-1所示。其斷稀土永磁材料機(jī)械加工性能普遍較差。現(xiàn)有產(chǎn)品的加工是以降低 在生產(chǎn)和使用過程中容易出現(xiàn)開裂、掉邊掉角、剝落等問題。燒結(jié) 根據(jù)不同研究者對各種牌號燒結(jié)NdFeB磁體力學(xué)性能指標(biāo)的測試,裂韌性比普通金屬材料低12個數(shù)量級，與陶瓷材料相當(dāng)，是一種強(qiáng)脆性材料。表3-1釹鐵硼材料物理性能參數(shù)項目（單位）抗彎強(qiáng)度（MPa）抗拉強(qiáng)度（MPa）抗壓強(qiáng)度（MPa）彈性模量（MPa）硬度 (Hv)數(shù)據(jù)200350701608001160137170500600項目（單位）撓曲強(qiáng)度（kg/mm2）剛

23、度(N/m2)密度(g/cm3)沖擊韌性（KJ/m2）斷裂韌性(MPa*m 1/2)數(shù)據(jù)250.647.47.627472.55.5項目（單位）泊松比壓縮率（m2/N）橫向變形系數(shù)比熱(kJ/C)熔點（C）數(shù)據(jù)0.249.8x10-120.240.121185項目（單位）導(dǎo)熱系數(shù)熱傳導(dǎo)率電阻率熱膨脹系數(shù)（平行取向方向 K-1）熱膨脹系數(shù)(cal/m.h. C)(W/(moK )(?c)（垂直取向方向K-1）數(shù)據(jù)7.7681401603.23.6x10-6-6-4.6-5.0x103.2工藝對NdFeB材料物理性能的影響添加微量晶界合金后磁體具有較高的抗彎強(qiáng)度。當(dāng)添加的晶界合金中B含量為0.95

24、%原子分?jǐn)?shù)時，抗彎強(qiáng)度可達(dá)最高值 397 M Pa,而單合金法制得的磁體抗彎強(qiáng)度僅為309 MPa,添加晶界合金幾乎不影響磁體的磁性能。當(dāng)加入0.5%的Cu時可使NdFeB的抗彎強(qiáng)度提高 26.4% （從205.4M Pa提高到259.7 M Pa）,使三元系NdFeB燒結(jié)磁體的抗彎強(qiáng)度提高68.6% （從154 MPa提高到259.7 MPa）;但同時使NdFeB的斷裂韌性下降9.9% （從3.47 MPa m1"下降到3.12 MPa m1 /2）,使NdFeB燒結(jié)磁體的斷裂韌性下降37.4% ,（從5 MPa m1 /2 下降到 3.127 MPa m1 /2）。與Cu元素相比

25、，Nb元素具有更明顯的強(qiáng)化效果。加入0.5% （重量百分比）Nb時，可使NdFeB燒結(jié)磁體的抗彎強(qiáng)度提高 52.2% （從 205.4MPa 提高到 312.7MPa ） , 使三元系 NdFeB 燒結(jié)磁體的抗彎強(qiáng)度提高1 /2103.1% （從154MPa提高到312.7MPa），使NdFeB燒結(jié)磁體的斷裂韌性達(dá)到3.677 MPa m （提高了 5.9% ）,使三元系 NdFeB 燒結(jié)體的斷裂韌性下降了 26.4%。 Nb 含量提高到 1%時， 使 NdFeB 燒結(jié)磁體的抗彎強(qiáng)度 提高89.9%。加入1%的Nb使NdFeB燒結(jié)磁體的斷裂韌性達(dá)到3.937MPa m1 /2，提高了 13.3

26、%，但比三元系 NdFeB 燒結(jié)體的斷裂韌性下降了21.5%。用富Pr的晶界相合金取代 Nd可以提高磁體的抗沖擊性，重稀土元素Dy在晶界相的大量添加可導(dǎo)致磁體力學(xué)性能的降低。釹鐵硼合金的熔點隨成分變化而變化，例如NdFezeB?合金的熔點約為1170C, Nd的含量越高，合金的熔點就越低。壓坯是許多粉末顆粒的機(jī)械堆積體，它的相對密度只有60%70%，內(nèi)部空隙很大，強(qiáng)度低，磁性能也很低。燒結(jié)時，由于原子的擴(kuò)散，不同的粉末顆粒彼此熔合在一起而形成一個整體。燒結(jié)后的磁體不僅 密度增加（ 94%98% ），機(jī)械強(qiáng)度，磁性能如剩磁、矯頑力、磁能積等都大大的提高。四、NdFeB材料加工工藝及對性能參數(shù)的影

27、響4.1 NdFeB 加工工藝流程4.1.1 粉末冶金法采用粉末冶金法熔煉1kgNd15Fe77B8所需的原材料包含 33%的純金屬Nd（ 98%99%）或釹鐵合金，65.7% 的工業(yè)純鐵和1.3%的B粉或B-Fe。用B-Fe比B粉好，B-Fe成本低，易于加入，成分易于控制，熔煉方 便；若用B粉加熱至540870 C時B粉會急劇氧化生成氧化物，同時會噴濺與揮發(fā)；若用B粉做原材料，可將B粉與Fe粉壓成塊。一般的 NdFeB粉末冶金法工藝可以概括為：原材料準(zhǔn)備宀冶煉宀鑄錠宀破碎與 制粉t磁場取向與壓型t燒結(jié)t回火t機(jī)加工與表面處理t檢測幾個步驟。熔煉的目的是將純金屬料 （Fe、Nd、B-Fe、Dy

28、、A1 、Nb、Co、Cu 等）熔化，并確保所有的金屬料熔清。 純 Fe 和金屬 Nd 等的熔點較高，應(yīng)設(shè)法使它們完全熔清；金屬的揮發(fā)和氧化損失會造成成分不準(zhǔn)確，為此 一般采用真空感應(yīng)爐熔煉，真空度應(yīng)達(dá)10-210-3Pa以上。鑄錠組織不僅對制粉、取向、燒結(jié)工藝，而且對粉末性質(zhì)和最終燒結(jié)磁性能均有重要影響。沒有優(yōu)良 的鑄錠組織，就不可能制造出高性能燒結(jié)永磁體。良好的鑄錠組織應(yīng)是：柱狀晶生長良好，其尺寸細(xì)小， 富Nd相沿晶界均勻分布，但不得有大塊的富Nd相，以及不存在 aFe晶體。鑄錠凝固是一個形核長大的過程。在結(jié)晶過程中，形核率越大，將有更多的晶核同時成長。這樣，得到的片狀晶尺寸會更細(xì)小。為了

29、 制造高性能Nd-Fe-B系永磁體，將鑄錠組織的片狀晶尺寸控制在5m以下是較為理想的。制粉目的是將大塊合金錠破碎成一定尺寸的粉末。 包括粗破和磨粉兩個工藝過程。 粗破碎方法有兩種： 一種是氫破碎（HD），另一種是機(jī)械破碎。將粗破后的246m175卩m （6（80目）的中等粉末研磨至 34m 細(xì)粉，該種磁粉絕大多數(shù)為單晶體。一般采用球磨制粉或氣流磨制粉兩種方法。球磨制粉有滾動球磨、振 動磨、高能球磨等。氣流磨制粉是利用氣流將粉末顆粒加速到超音速，使之相互對撞而破碎。釹鐵硼的熱穩(wěn)定性較差，大塊樣品在被磨成粉末狀的時候熱穩(wěn)定性要下降，所以在制粉過程中要有保護(hù)截止以防止氧 化。破碎制粉時所用的介質(zhì)可以

30、是汽油，甲苯，石油醚，或其它有機(jī)液體或惰性氣體如氮氣、氬氣等，然 后再進(jìn)一步研磨。磨粉是將粗顆粒研磨到35卩m,通常的方法有振動球磨、滾動球磨和氣流磨。球磨介質(zhì)可用甲苯、航空汽油、石油醚、環(huán)乙烷、氟氯烷等，球磨后在真空中或氬氣流中干燥。粉末磁場取向是制造高性能燒結(jié) Nd-Fe-B 永磁體的又一關(guān)鍵工藝技術(shù)之一。 燒結(jié) Nd-Fe-B 系永磁體的 磁性能主要來源于具有四方結(jié)構(gòu)的Nd 2Fe14B 基體相，它是單軸各向異性晶體，c 軸為易磁化軸， a 軸為難磁化軸。對于單晶體來說，當(dāng)沿其易磁化軸磁化時，有最大的剩磁。如果燒結(jié)永磁體的各個粉末顆粒的c軸是混亂取向的， 則得到的是各向同性磁體， 這是最

31、低的。 如果使每一個粉末顆粒的易磁化方向（c 軸）沿相同方向取向，制成各向異性磁體， 則沿粉末顆粒c軸取向的方向有最大的剩磁。在制粉階段得到的 35叩的粉末顆粒，一般來說它們是單晶體，但不是單疇體，所以粉末顆粒在磁場中的取向分兩個階段完成。第 一階段是各個粉末顆粒變成單疇體。第二階段是磁疇內(nèi)的磁矩轉(zhuǎn)動過程。粉末壓形有兩個目的，一是將粉末壓制成一定的形狀與尺寸的壓坯，二是保持在磁場取向中所獲得的 晶體取向度。目前，普遍采用的壓形方法有三種，即模壓法、模壓加冷等靜壓、橡皮模壓（加冷等靜壓 ）。也可分為干壓和濕壓兩種。燒結(jié)過程是將 Nd-Fe-B 粉末壓坯加熱到粉末基體相熔點以下的溫度，并進(jìn)行保溫處

32、理一段時間。目的 是提高壓坯密度，改進(jìn)粉末顆之間的接觸性質(zhì)，提高強(qiáng)度。使磁體具有高永磁性能的顯微組織特征。燒結(jié) 可粗略地分為固相燒結(jié)和液相燒結(jié)。除了傳統(tǒng)的在氬氣保護(hù)下燒結(jié)和在真空中燒結(jié)方式，目前還出現(xiàn)有電 火花燒結(jié)、放電等離子燒結(jié)、微波燒結(jié)、電場快速反應(yīng)燒結(jié)等新的方法。Nd-Fe-B 永磁合金燒結(jié)并快冷后 （燒結(jié)態(tài) ），磁性能較低，回火處理可顯著提高Nd-Fe-B 合金的磁性能，尤其是矯頑力。回火處理有一級回火和二級回火處理兩種。兩級回火處理可獲得較好的磁性能。NdFeB 材料后期加工處理方法主要有車削，磨削，電火花，超聲波，超聲波輔助電火花等。4.1.2 還原擴(kuò)散法（ R/D ）還原擴(kuò)散法制

33、造稀土永磁的基本原理是用金屬鈣還原稀土氧化物，使之變成純稀土金屬，再通過稀土 金屬與鈷或鐵等過渡族金屬原子的互擴(kuò)散，直接得到稀土永磁粉末。4.2 組分對 NdFeB 材料性能的影響在 NdFeB 中加入適量的 Nb、 Mo 、 V、 W、 Zr、 Ti 元素，可以提高矯頑力，增強(qiáng)耐腐蝕性。 Nb 的添 加能提高Hci，且?guī)缀醪挥绊?Br，少量Nb能有效提高含 Dy、Co合金的磁性能，使退磁曲線保持良好的 方形度； Mo 可以使含 Co 的合金晶粒細(xì)化，粒度分布變窄，并在一定程度上抑制軟磁性相出現(xiàn)；當(dāng)Ti 含量小于 1.2%時， Cu（0.8%） 和 Ti 晶間復(fù)合添加可大幅增加燒結(jié) NdFeB

34、 磁體的矯頑力，剩磁變化不大。 。當(dāng) Ti 含量大于 1.2%時矯頑力略有下降，剩磁急劇下降。加入適量的Co、Al和重稀土元素，可使 Tc升高到450500 C,陽下降到0.050.07%K-1,加入一定量 的鈦、鈮等元素可以提高合金磁極化強(qiáng)度矯頑力，降低高溫不可逆損失，增強(qiáng)熱穩(wěn)定性，同時Al 還可以提高材料的矯頑力。Co 可以改善磁體的耐腐蝕性，提高居里溫度。隨著 Co 含量增加，合金的居里溫度線性地提高，磁感可逆溫度系數(shù)a明顯地降低。當(dāng)Co含量小于5%(原子分?jǐn)?shù))時，(BH)max和Br幾乎不降低，但Hcj明顯地 降低。當(dāng)Co含量在10%25%at時，Br和(BH)max稍有降低，而 Hc

35、i幾乎保持不變。當(dāng) Co含量大于30% 時，會導(dǎo)致Br和Hci的降低，并且磁通不可逆損失急劇地上升，添加少量Cu后可以抵消這種負(fù)作用。Cu提高矯頑力和剩磁，過量添加則可能對晶界的濕潤不利，弓I起密度降低，進(jìn)而使矯頑力，剩磁降低。目前 耐熱燒結(jié)NdFeB磁體中Co的添加量均在 10at%左右。Ga代替Fe將影響磁性原子的交換作用，使正交換作用增強(qiáng)，Tc上升，并減少可逆磁通損失，提高溫度穩(wěn)定性。Ga對提高矯頑力和降低不可逆損失優(yōu)于其它20多種元素，Ga與Nb或 W聯(lián)合加入可改善方形度，且可獲得相當(dāng)?shù)偷牟豢赡鎿p失。在NdDyFeAIB合金中添加sn能顯著改善矯頑力熱穩(wěn)定性，減少磁通不可逆損失，從而使

36、合金的工作溫度大大提高。隨著合金中Th含量在00.86%范圍內(nèi)增加，HCj顯著增加，Br則顯著減小，Br基本上沒有變化。當(dāng) Th增加到0.86%(at)時，Br仍然沒有變化，Hcj和ar卻有明顯增加。在所研究的范圍內(nèi)，Th含量由0%增加到0.43%(at)時，Hej增加最快，當(dāng)Th含量超過0.43%(at)時，H®增加速度減緩。Dy元素是一類重要的添加元素，它能顯著提高燒結(jié)釹鐵硼永磁體的矯頑力，確保較高溫度下的耐熱性。Dy含量較低時，Hci上升很明顯，以后逐漸平緩；Tb提高Ha的效果比Dy顯著。但是它的價格太昂貴，故較少在實際中應(yīng)用。Ni能部分置換Fe，使居里溫度升高，但使飽和磁化強(qiáng)

37、度和矯頑力下降。Ni能顯著改善抗蝕性，起作用比Co還強(qiáng)。添加Sn能顯著降低磁通不可逆損失，使居里溫度Tc提高。Si也有使居里溫度提高的作用。總的來說，加入 Al、Nb、Sn、Mo、Ga等元素可改善矯頑力。這些元素是非磁性的，加入過多會降低磁體的Br和(BH)max，然而，重稀土元素取代部分的Nd既能改善矯頑力，又能保證磁體具有較高的磁能積。在進(jìn)行配料時，應(yīng)該遵循每種合金元素的量盡量少加，但要多加合金元素的種類的原則，從而提 高磁體矯頑力。表4-1 RE2Fei4B化合物基本參數(shù)化合物晶格常數(shù)pg*cm4 dMs/T-iHA/kA*mTc/Ka/nmc/nmLa2Fei4B0.8820.i234

38、7.40i.22000530Ce2Fei4B0.8760.i2ii7.8ii.22600424Pr2Fei4B0.8800.i2237.47i.48000565Nd2Fei4B0.8800.i2207.55i.69000585Sm2Fei4B0.8880.i2i57.73i.4>i50006i2Gd2Fei4B0.8790.i2097.850.9240066iTb2Fei4B0.8770.i2057.930.7>i5000639Dy2Fei4B0.8670.i20i8.020.7>i5000592Ho2Fei4B0.8750.ii998.050.97000576EwFeuB0

39、.8740.ii968.24i.0/554Tm2Fe14B0.8740.11958.231.1800541Lu 2Fe14B0.8700.11858.471.22600535YbzFeB0.8770.12046.981.42600565注：La-57 鑭，Ce-58 鈰，Pr-59 錯，Nd-60 釹，Pm-61 钷，Sm-62 釤，Eu-63 銪，Gd-64 釓，Tb-65 鋱, Dy-66 鏑，Ho-67 欽，Er-68 鉺，Tm-69 銩，Yb-70 鐿，Lu-71 镥。4.4工藝對化學(xué)性能的影響提高釹鐵硼合金的抗腐蝕性除降低合金中氧含量外，常在永磁體表面涂或鍍保護(hù)層如鍍鋅、鍍鎳、鍍 鎳

40、銅鎳、烤漆、涂敷環(huán)氧樹脂、鋁離子噴鍍、電泳漆、磷化、鍍金、鍍銀、鍍鉻、氮化鈦耐磨損涂層等， 一般涂層厚度為1040 口。不同涂層的抗腐蝕能力不同，環(huán)氧樹脂涂層抗溶劑、抗沖擊能力、抗鹽霧腐蝕 能力良好，電泳涂層抗溶劑、 抗沖擊能力良好，抗鹽霧腐蝕能力極好， 電鍍有極好的抗溶劑、 抗沖擊能力， 但抗鹽霧能力較差，為增強(qiáng)圖層防護(hù)能力，往往采用多種涂層的復(fù)合。表4-2列出了不同鍍層工藝參數(shù)及對材料的影響。表4-2不同鍍層參數(shù)對比樣品編號鍍層種類生產(chǎn)周期鍍層厚度耐鹽霧性剪切強(qiáng)度minumhMPa1復(fù)合鍍層11516.759613.98電鍍鎳銅鎳9016.512845.78化學(xué)鍍鎳46016.681443

41、1.582復(fù)合鍍層16022.8436045.18電鍍鎳銅鎳10521.134043.78化學(xué)鍍鎳60021.3824040.583復(fù)合鍍層11516.9119246.23電鍍鎳銅鎳9016.512845.78化學(xué)鍍鎳46016.6814431.58在鍍Zn , Ni，環(huán)氧樹脂，PARYLENE-C涂層幾種方法中，高分子材料和環(huán)氧樹脂涂層對磁體的保護(hù)作用最大，但是成本比較高，對施鍍的環(huán)境和質(zhì)量也有較高的要求。Ni涂層的成本比Zn涂層高,所以在一些沒有太多腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，可以對NdFeB磁體采取化學(xué)鍍Zn的方式來加以保護(hù)，從而有效降低成本；對 有些酸堿鹽介質(zhì)，如果濃度很小，則可以采用Ni涂層

42、來保護(hù)磁體；如果酸堿鹽的濃度比較大，則一定要采用高 分子材料或者環(huán)氧樹脂涂層各種涂層對磁體的性能都有一定的影響。表中的Br為剩余磁通密度，可以看出高分子材料涂層使其降低了0. 09 T,而其他幾種涂層影響較小。Hcj為內(nèi)稟矯頑力，高分子和Ni涂層使其略有增長，其他兩種涂層變化不大。最大磁能積（BH）max方面,Ni涂層使其增加了 4.22 kJ /m 3 ； Zn涂層使其增加了 0.46kJ /m3;高分子材料涂層使其減少了31.68 kJ /m3;環(huán)氧樹脂涂層使其減少了 12.66 kJ /m3。總的來說,Ni涂層和Zn涂層對磁體的性能影響較小，環(huán)氧樹脂涂層和 PARYLENE-C涂層對磁體

43、的性能 影響相對較大。這是因為Zn和Ni屬于金屬材料，本身導(dǎo)磁；而環(huán)氧樹脂和 PARYLENE 2C不導(dǎo)磁，但是由于其涂層很薄，所以影響不大。磁體涂覆涂層后抗腐蝕性能得到提高，但是不同的涂層提高的程度有所不同：其中PARYLENE 2C涂層對磁體的保護(hù)作用明顯，環(huán)氧樹脂和Ni涂層次之，Zn涂層的效果較差。涂層對磁體的磁性能在一定程度上都有影響。PARYLENE 2C高分子材料和環(huán)氧樹脂涂層使磁體磁性能的某些指標(biāo)有所減弱；Ni涂層和Zn涂層對磁體的磁性能影響不大。在生產(chǎn)中，應(yīng)該根據(jù)使用環(huán)境成本等具體要求來選擇適當(dāng)?shù)耐繉印Ｎ濉⒃牧系V產(chǎn)及工廠分布分析5.1 國內(nèi)稀土礦產(chǎn)主要分布中國占世界稀土資源的

44、 41.36%，主要稀土礦有白云鄂博稀土礦、山東微山稀土礦、冕寧稀土礦、江西 風(fēng)化殼淋積型稀土礦、湖南褐釔鈮礦和漫長海岸線上的海濱砂礦等等。我國稀土礦主要分為以內(nèi)蒙古包頭 白云鄂博稀土礦為代表的混合型輕稀土礦、四川冕寧氟碳鈰輕稀土礦和以南方中重離子稀土礦。以區(qū)域稀土資源為核心，中國稀土產(chǎn)業(yè)形成了三大基地和南北兩大稀土生產(chǎn)體系的格局。三大基地： 一是以包頭混合型稀土為原料的北方稀土生產(chǎn)基地，分離能力約8 萬噸。二是以江西等南方七省的離子型稀土礦為原料的中重稀土生產(chǎn)基地，分離能力約 6 萬噸。三是以四川冕寧氟碳鈰為原料的氟碳飾礦生聲 墓地分離能力約 3 萬噸。廣西稀土礦產(chǎn)資源主要有獨居石、磷釔礦、

45、離子吸附型稀土礦和伴生在鈦鐵礦、錳礦和鋁土礦中的伴 生礦，儲量在全國名列前茅。其中，離子吸附型稀土資源預(yù)測總量居全國第一位。到目前為止，廣西稀土 資源基本未開發(fā)，是全國稀土資源豐富的省區(qū)中唯一沒有進(jìn)行規(guī)模開發(fā)利用的地方。全球稀土資源的 80%在我國，而國內(nèi)的資源主要集中在內(nèi)蒙和江西兩地。我國稀土資源三大產(chǎn)地（包頭、江西、四川 ）為了延伸發(fā)展燒結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)業(yè)鏈，目前都在大力發(fā)展金屬釹（鐠釹 ）的生產(chǎn)，正在形成壟斷優(yōu)勢。國內(nèi)外燒結(jié)釹鐵硼磁體廠商為了獲取原料也紛紛向稀土資源和產(chǎn)地靠攏。5.2 國外主要釹鐵硼生產(chǎn)商分布目前 ,日本企業(yè)是全球高性能釹鐵硼永磁材料行業(yè)的領(lǐng)先者,其中日立 NEOMAX 是

46、全 球最大的高性能釹鐵硼永磁材料生產(chǎn)廠商 , 其研制出的磁能積為 59.5MGOe 的高性能釹鐵硼永磁材料 ,是迄今國際公開 報道的磁能積水平最高的燒結(jié)釹鐵硼永磁體。日本 TDK 公司是全球磁性材料最全的企業(yè)。住友特殊金屬 公司是燒結(jié)釹鐵硼永磁的專利擁有者和最大生產(chǎn)企業(yè)。德國 VAC 公司通過生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)和新金屬的不斷采用 , 研制出了磁能積為 56.7MGOe 的高性 能釹鐵硼永磁材料。日本愛普生公司將粘結(jié)釹鐵硼工廠全部移到上海（上海愛普生磁性器件有限公司）。目前包括日本TDK、FDK、EPSON,荷蘭PHILIP，美國MG公司等都已經(jīng)或計劃在中國建釹鐵硼磁體、器件或終端應(yīng) 用工廠。

47、日本昭和電工株式會社作為日本最大的永磁材料公司， 2002 年與包鋼稀土高科技股份有限公司等 合資成立了包頭昭和稀土高科新材料有限公司。美國約有 6 家公司生產(chǎn)燒結(jié)釹鐵硼永磁， 坩堝公司第一， 其它還有 Vgimag 、 GM 公司的 Magnequench（ 粘 結(jié)釹鐵硼磁粉的主要供應(yīng)廠商 ）、日立應(yīng)用磁學(xué)和電子能量公司等。高性能釹鐵硼永磁材料磁性能水平的高低很大程度上決定于產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝. 傳統(tǒng)的高性能釹鐵硼永磁材料生產(chǎn)工藝以日本住友的干法工藝和日本日立的濕法工藝為代表, 此兩種工藝可將產(chǎn)品的含氧量控制在 2000PPM 左右 .為進(jìn)一步降低氧的含量 ,經(jīng)過不斷的改進(jìn) , 合并后的 NEO

48、MAX（2007 年日本日立和日本 住友合并）開發(fā)出了低氧干法工藝，可將產(chǎn)品 的氧含量控制在 1,000-2,000PPM.目前，國內(nèi)開發(fā)出的較為先進(jìn)的生產(chǎn)工藝為煙臺正海磁 性材料有限公司的無氧工藝 ,可將磁體中的氧含量控制在100-900ppm 范圍內(nèi) ,達(dá)到了世界領(lǐng)先水平。5.3 國內(nèi)主要釹鐵硼生產(chǎn)商分布自 1990 年以來，在我國逐漸形成了浙江、山西和京津三大釹鐵硼磁體生產(chǎn)基地。隨后，包頭和煙臺 等地區(qū)的燒結(jié)釹鐵硼磁體產(chǎn)業(yè)也取得快速發(fā)展，大有形成五大基地的趨勢。浙江寧波已成為我國著名的“釹鐵硼城” ，除了有中科三環(huán)寧波科寧達(dá)公司外、還有寧波韻升高科磁 業(yè)公司、寧波永久磁業(yè)有限公司、寧波招寶磁業(yè)有限公司、寧波金雞釹鐵硼強(qiáng)磁材料有限公司、等近 20 家釹鐵硼磁體生產(chǎn)企業(yè)。其下屬的慈溪市就有 12 家釹鐵硼磁體生產(chǎn)廠，其中最大者為寧波合力磁材技術(shù) 有限公司，年產(chǎn)能力達(dá) 5000 噸，全慈溪市產(chǎn)能超過 10000 噸。金華地區(qū)的浙江橫店集團(tuán)也是很有實力的 釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)， 擁有東磁有限公司和浙江英洛華磁業(yè)公司。 此外浙江還有杭州永磁集團(tuán) （稀土永磁公司） 、 浙江升華強(qiáng)磁材料有限公司、浙江中科磁業(yè)有限公司、中國稀土永磁有限