钕铁硼生产知识培训

3、磁性材料的发展
何为高性能稀土永磁体
高牌号 NdFeB 烧结磁体的判别式如下：
(BH)max(MGOe) + iHc(kOe) ≥70
而在 5 年以前，高牌号的判别式总 值低约10， 即
(BH)max(MGOe) + iHc(kOe) ≥ 65
NdFeB材料相组成
所用稀土元素为 Nd, Pr, Dy, Tb
3.4 钕铁硼，1983年
国于1983年底在实验室研制 成功钕铁硼永磁体，1984年 底开始转化为工业化生产。 1985年中国年产10T,1998年 增加到3200T。
优点：性能优异、性价比高、加工性好，被称为“磁王”； 缺点：耐腐蚀性较差，需进行表面涂覆或防腐处理后使用； 质地硬且脆；
磁体发展进程图示
制粉效率提高：气流磨制粉效率加倍提高。
粉末抗氧化能力提高：吸氢使晶粒表面钝化。 烧结磁体的材质得到改善
HD 原理
HD工艺是利用稀土合金和H2的相互作用达到破碎铸 锭合金的目的，其工艺过程如下。 将具有新鲜表面的Nd-Fe-B系合金装入密闭容器，抽 真空后充入高纯氢气，使氢气压为两个大气压左右， 数分钟后就会听到合金锭的爆裂声并伴随着温度的 升高。这个过程就成为“氢爆” (HD) ，此过程是 Nd-Fe-B合金发生氢化的结果。在一定的温度和氢气 压力下，Nd2Fe14B与氢可以发生如下的反应 (富钕相 与氢的反应与其类似)，这是个可逆反应：
无交换相互作用
量 全子 同力 粒学 子效 应
间接 直接 交换相互作用 超
磁现象
• 磁现象及其基本特征
现象称为磁现象。
1、与物质磁矩相关联的各种
2、任何磁体必然产生磁场。一般 用磁力线的疏密程度表示磁场强 度的大小。 3、磁体上磁性最强的部分叫磁极。 任何磁体必然有N、S两个磁极，同 极相斥，异极相吸。磁力线的方向 是由N极（正极）出发，指向S极 （负极）。 4、N极： 小磁针被自由放置时，指向地磁场 北极的磁极称为北极（N极）。 5 、地磁的北极在地理的南极附近, 地磁的南极在地理的北极附近
1、配料：按工艺设计的配比进行原料配制，主原料---Pr、Nd、B、Fe，其他常用 原料有Dy、Tb、Al、Cu、Ga、Zr、Ho、Nb、La、Ce等；
工艺控制点： 1、原材料纯度 2、清洁状态 3、称重仪器精确度
2、熔炼：使用中频感应炉，在惰性气体保护下，将配料工序配置好的原料熔化、 浇铸成钢锭，装炉时依各类原料熔点由高至低的顺序依次放入；
气流磨示意图
4、制粉：利用高压氮气使原料颗粒高速碰撞，并通过分选，制备金属微粉，粉末 颗粒直径 3~5μm
工艺控制点： 1.加料前氧含量和过程氧含量； 2.平均粒度和粒度分布；
优点： 1.自碰撞进行破碎，原料无污染； 2.碰撞能量小，辅助气流冷却，产 生热量较少，粉末内应力小； 3.保护气体环境下工作，防氧化； 4.分选方式，粒度分布较好；
指南针
电磁铁
磁性材料分类
磁性材料通常按照其矫顽力的高低进行 分类：矫顽力小于0.8kA/m称为软磁材 料(Soft Magnetic Materials)，而大于 0.8kA/m的通常就称为硬磁材料(Hard Magnetic Materials)。硬磁材料在磁化达 到饱和之后通常需要很大的反向场，才 能使磁化强度降为零；而软磁材料只需 要很小的反向场就足以使磁化强度降为 零。
3、磁性材料的发展 3.1 铝镍钴 AlNiCo ，1920年
优点：Br 高、热退磁性优异、耐腐蚀； 缺点：Hcj 很低，磁性易消失；
3.2 铁氧体，1950年
优点：热稳定性好，耐腐蚀性优异、原料来源广泛/价格低廉； 缺点：最大磁能积低、力学性能差
3.3 钐钴系SmCo ，1960年
优点：热稳定性好，磁性能较好； 缺点：成本高昂，且大量使用战略金属；
稀土资源分布
50 40 30 20 10 0 澳大利亚 中国 印度 美国 俄罗斯 其它国家
世界各国稀土资源储量的对比，我国稀土资源工业储 量约4,800万吨(稀土氧化物ReO)，远景储量约12,000万 吨，占世界稀土资源的70-80%。磁体工业中常用的元 素，如Nd、Pr、Sm、Tb、Dy等在我国稀土矿含量相 当高，而且我国稀土矿的稀土氧化物的分离较简便， 稀土价格低，这些资源优势为我国稀土永磁材料工业 的发展提供了极为有利的条件
钕铁硼生产基础知识 及常见问题培训
《目
一、产品介绍 二、毛坯生产制造流程 三、常用技术参数
录》
四、产品应用和使用注意事项
五、安全操作
一、产品介绍
1、我们的产品： 烧结钕铁硼永磁材料 2、磁性材料类别和定义 永磁体（也叫硬磁体），磁性可以长期保持，不易消失； 非永磁体（也叫软磁体），去掉外加磁场后磁性易消失；
磁现象
• 磁性的起源---磁矩
1、磁及磁现象的根源是电荷的运动。 2、物质中存在的成对的N-S极所构成的磁学量称为磁矩， 磁矩是磁现象的最基本单位。 3、所有物质都由原子构成，而原子由原子核和核外电子构 成。原子核和电子均由于运动而产生磁矩，但原子核的磁矩远 小于电子磁矩，所以原子磁矩主要来源于电子磁矩。 原子的核外一般分布有若干个电子，电子又分布在几个 层次上时，带有负电荷的电子在原子核周围作轨道运动和自旋 运动，无论轨道运动还是自旋运动都会产生磁矩。有时各层电 子之间的磁矩会相互抵消接近于零，而当原子核外电子的自旋 磁矩不能相互抵消时（例如3d过渡族金属和La系稀土金属等 一些元素），原子就表现出具有总的原子磁矩。同时，如果在 交换作用下，所有原子的磁矩能按一个方向整齐排列时（这种 现象称为自发磁化） ，物体就会对外显示磁性。当然，抵消 以后由于原子磁矩大小的不同，最终磁体显示的磁性强弱也不 同。
3、氢破：利用稀土材料吸收氢气的特性，通过体积膨胀使金属铸锭均匀的沿晶破 碎，为磨制粉料提供预处理；
工艺控制点： 防漏，吸氢前真空度，吸氢时间，脱氢温度、时间，冷却出 炉温度
优点： 1.氢气环境进行加工，减少与氧 气的接触； 2.沿晶破碎的方式，使破碎后的 颗粒粒度均匀，制粉时可以更好 的获得单晶，并提高制粉产能； 3.破碎后颗粒含氢，防氧化；
相组成：磁性相 Nd2Fe14B,Dy2Fe14B,Pr2Fe14B,Tb2Fe14B,Nd 2Co14B,Pr2Co14B,Tb2Co14B 非磁性相： REFe4B4,V2FeB2,NbFeB,MOFeB
富稀土相：Nd-Rich,CoNd3,Ga-Nd
由杂质引起的相：Nd-oxide,Pr-oxide,REcarbide,RE-nitride
工艺控制点： 1、真空度 2、装炉时原料摆放顺序 3、预热、熔化、精炼、浇注 各步骤的加热功率和操作时间； 4、重量、铸锭成分、外观、 结晶
新技术应用sc
成相好：Nd2Fe14B主相比例大，无-Fe相（有利于获得 高剩磁） 传统的合金锭中，主相比例受限制，富钕相等杂相有 一定比例，较难获得高剩磁 织构好：主相晶粒小、均匀,富钕相均匀分布在主相晶 界（有利于获得高矫顽力） 粒边
轻稀土LR（又称铈组）包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆。
重稀土HR（又称钇组）包括：铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、 钇。 称铈组或钇组，是因为矿物经分离得到的稀土混合物中，常以铈或钇占 优势而得
• 稀土金属（R）与3d过渡族金属（M）形成
一系列化合物，其中富3d过渡族间化合物 如RM5，R2M17,R2M14B等己成为重要的永 磁材料。
缺点： 1.氢破后原料含氢量较大，需在 烧结工序进行脱氢处理，延长烧 结周期； 2.金属组织内部形成氢化物，提 高了产品的脆性； 3.氢气易燃，需有严格的操作和 安全管理规程；
HD过程
恒定氢气压力下NdFeB升温过程 中和氢气的反应
细粉碎
气流磨原理
实际生产设备中，为了提高制粉效率，气流磨制粉机采 用多个喷嘴，以便在磨室内形成一个物料流态化的区域。 图2-8为实际气流磨粉机中的磨室示意图，共有四个喷 嘴，其中三个在旁边，互成120º 角，底部也有一个。旁 边有进料口，顶部是涡轮分级轮。将压力为0.6MPa左 右的高纯氮气通过喷嘴射入对撞粉碎区，使物料流态化， 并在高速气流作用下，让物料在喷嘴交汇处产生碰撞， 使颗粒破碎为细粉。破碎的颗粒随上升气流通过分级轮， 使小于规定尺寸的DC的颗粒通过，大于DC的颗粒不能 通过分级轮，又返回到对撞粉碎区，继续进行粉碎。而 小于规定尺寸DC的粉末经输送管道送到细粉末分离器 与高效旋风分离器进行分离，如图2-9所示。尺寸小于 D0的过细的粉末被分离掉，在D0-DC范围内的合格粉料 从出料口流出。尺寸小于D0的粉末要滤除，净化的氮 气可反复使用。
传统的合金锭中，主相晶粒较大、欠均匀,富钕相分 布不均匀，需要较多的富钕相以获高矫顽力（Nd2Fe14B主相比 例下降，影响获 得高剩磁）
粗破碎
HD
主相晶粒完整：晶界富Nd相吸氢后导致的合金薄片沿晶界 破碎（有利于提高取向度，获得高剩磁） 机械破碎，无法保证沿晶界破碎，一个颗粒中可 能包含多个晶粒，不利于提高取向度。 富钕相分布均匀：富钕相均匀分布在破碎颗粒边界（有利 于获得高矫顽力） 机械破碎，无法保证沿晶界破碎，富钕相均匀分 布不均匀。
•磁性的起源：原子固有磁矩
原子核 电荷：＋e 自旋： 1 磁 矩 ： N
未成对电子
● Ze
K
L
原 子 磁 矩
电 子 电荷：－e 自旋： ½ 磁矩 ：自旋磁矩＋轨道磁 矩
M
＝电子磁矩＋原子核磁矩
最低能量原理+Pauli泡利原理，不相容原 理＋Hund 洪德法则
•磁有序的起源：交换相互作用
பைடு நூலகம்
磁现象
• 早在公元前3世纪，《吕氏春秋》 中就有“慈石召铁，或引之也” 的记述，指南针作为中国人引以 自豪的四大发明之一，其中的关 键就是磁性材料。
· 司马迁（公元前145—公元前87）