永磁钕铁硼材料调查报告

NdFeB材料调查报告

钕铁硼合金是第三代永磁材料，其试样和产品的性能均是当今永磁材料中最高的，最大磁能积分别为431KJ/m3和366KJ/m3，室温下剩磁B r可高达1.47T，磁感应矫顽力H c可达992kA/m。同时该合金的机械强度比其它永磁材料高，韧性好，密度小，但是居里温度T c较低（312℃），磁感应温度系数较大（-0.126%C-1），B r的温度系数可达-0.13%C-1，H ci的温度系数达-（0.6~0.7）%C-1，使用温度低，热稳定性和抗腐蚀性能差（合金中含有极易氧化的钕），易生锈。

一、NdFeB材料的组分、分类及制备

Nd-Fe-B系永磁材料，是以Nd2Fe14B化合物为基体，含有少量富Nd和富B相的永磁材料，其大体成分为：~36wt%Nd，~63wt%Fe，~1wt%B，主要成分为稀土（RE）、铁（Fe）、硼（B）。其中稀土Nd为了获得不同性能可用部分镝（Dy）、镨（Pr）等其他稀土金属替代，铁也可被钴（Co）、铝（Al）等其他金属部分替代，硼的含量较小，但却对形成四方晶体结构金属间化合物起着重要作用，使得化合物具有高饱和磁化强度，高的单轴各向异性和高的居里温度。

钕铁硼永磁材料钕铁硼分为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼两种，其制备主要有熔炼-粉末冶金法、熔体快淬法、还原扩散法和粘接磁体四种方法。粘结钕铁硼各个方向都有磁性，耐腐蚀；而烧结钕铁硼因易腐蚀，表面需镀层，一般有镀锌、镍、环保锌、环保镍、镍铜镍、环保镍铜镍等。除还原扩散法需要Nd2O3外，其它方法均需以金属钕或Nd-Fe合金为原料。钕铁硼的烧结体是多相体系，除Nd2Fe14B外，还有富钕存在，因此在熔炼时按Nd15Fe77B8标称组分配料，获得的合金锭经球磨至粒度约为3μm粉末，然后在垂直于外磁场（~10kOe）方向压制成型。压制的坯料在约1380K下于保护气氛中烧结，随后迅速冷却。然后在富钕相熔点的温度（约880K）下进行后烧结处理，再快速冷却。这样处理后的坯料再充磁，即可制得Nd2Fe14B 永磁体。

熔体旋淬工艺制备法即将熔融的金属液流直接喷射到高速旋转的冷衬底上，使熔体急速凝固，并用惰性气体进行保护以防止氧化。制备薄带厚15~30μm，薄带可能是非晶态，也可能是微晶态。NdFeB的最佳矫顽力出现在适中的淬速下，即产生直径小于100nm的晶粒（比烧结磁体的晶粒约小100倍）。就成分而言，快淬薄带比烧结体更接近于Nd2Fe14B单相成分。

钕铁硼磁体生产中原材料占总生产成本的比例为45~50％，其中金属钕占原材料成本的比重高达60%。

烧结钕铁硼一般分轴向充磁与径向充磁，根据所需要的工作面来定。

二、磁性能参数

2.1 NdFeB材料的磁性能参数

NdFeB磁体的磁性能远高于Sm2Co17系列的第三代稀土永磁材料，其剩磁（Br）是钐钴永磁的1~2倍，是铁氧体的3~5倍，内禀矫顽力是铁氧体的5~15倍。NdfeB材料主要磁性能参数有剩磁Br，矫顽力H CB，内禀矫顽力H CJ，最大磁能积(BH)max，居里温度Tc，最高工作温度等，具体牌号及相关参数见表2-1，2-2，2-3。

表2-1 常见NdFeB牌号及性能参数

表2-2 常见NdFeB材料牌号最高工作温度

表2-3 磁性能参数单位及换算

环境条件的变化将引起磁性能两个方面的变化，一是磁畴结构变化引起的，被称为磁时效，磁时效是可逆的，当磁铁再一次磁化或充磁时又能恢复原来的磁性能；另一种是磁铁的显微组织变化引起的，称为组织时效，是不可逆的，当再一次充磁时，不能恢复原来的磁性能。

2.2 永磁材料的温度稳定性

表2-4 NdFeB材料温度稳定性参数

磁铁的剩磁B是随温度的升高而减小的，设B(T0)是永磁体的起始B，当温度变化到T1时，磁通B降低到B(T1)；当环境温度又恢复到T0时，一般情况下磁通不能恢复到B(T0)，而只能恢复到B’(T0)

对于矫顽力较小的磁体，长径比L/D对h irr和h rer的影响较大，当L/D较大时，h T、h irr和h rer较小；对于高矫顽力永磁体，L/D对其影响较小。一般来讲，永磁体矫顽力越高，其h T、h irr和h rer参量就越小。

永磁体在使用之前或测试性能之前，在某一温度加热一段时间，这一处理称为老化处理。在老化处理过程中，使磁铁不稳定的组织或畴结构的因素将得到消除，显著地降低h T、h irr、h re和α。

轻稀土金属化合物的磁化强度随温度的升高是降低的，它的磁通B具有负的温度系数。但是在一定的温度范围内，重稀土金属化合物的磁化强度随温度的升高而升高，在相应的温度范围内具有正的温度系数，可见轻稀土化合物与重稀土化合物的磁化强度随温度的变化具有补偿作用。将轻稀土化合物中的LR元素部分的用重金属化合物HR取代，做成复合稀土金属化合物，当重金属含量达到某一适当的量时，就可使得该化合物在某一温度范围内磁化强度或磁感应强度B不随温度变化，即α≈0。

2.3 工艺对NdFeB材料磁性能的影响

熔炼过程中，应尽快将原材料熔化，这样不仅可以减少Nd、Dy 等低熔点的稀土元素挥发，还可以减少α-Fe 的出现，提高合金主相的相对含量，从而最终提高永磁体的磁性能。高矫顽力的烧结钕铁硼磁铁中稀土的含量一般较高，铸锭中α-Fe 会比高剩磁的磁体铸锭少，但也不可忽视。研究者为了减少α-Fe，普遍采用了SC 工艺和薄板铸锭工艺，加快了铸锭的冷却，减少了α-Fe的出现，矫顽力也得到较大提高。

制粉时加入抗氧化剂,能有效地降低氧含量,矫顽力也比传统工艺生产的磁体矫顽力高160kA/ m 左右。烧结钕铁硼磁体的内禀矫顽力随成型时取向度的提高而下降。取向磁体和未取向磁体的矫顽力差别是很大的。但是,经取向成型磁体的剩磁比未取向磁体的剩磁高1/ 2 以上,磁能积就高得更多了。这是因为未取向成型的磁体是各向同性的,剩磁低,测试曲线方形度也大大降低,严重影响了磁体的磁能积。所以,在成型压制之前一定要充磁取向,而且充磁取向磁场还应较高,一般为2. 0T左右。减少氧含量可提高矫顽力,因为氧的相对含量上升将使稀土的相对含量下降,而主相和富Nd 相的相对含量也会减少。富Nd 相包覆主相使其弥散分布,是矫顽力提高的原因,因此这两种相的减少都会导致矫顽力的降低。

烧结钕铁硼磁体的内禀矫顽力随成型时的取向度提高而下降。取向磁体和未取向磁体的矫顽力差别是很大的。但是，经取向成型磁体的剩磁比没有取向磁体的剩磁高一半以上，磁能积就高的更多了。这是因为没有取向成型的磁体是各向同性的，剩磁低，测试曲线方形度也低，严重影响了磁体的磁能积。