稀土永磁材料

稀土钕铁硼永磁材料
一、钕铁硼永磁材料的牌号与性能
钕铁硼是金属钕、铁、硼和其它微量金属元素构成的合金磁体，是目前磁性最强的稀土永磁，有高的磁能积和良好的矫顽力。

烧结钕铁硼永磁材料按磁极化强度矫顽力大小分为低矫顽力N、中等矫顽力M、高矫顽力H、特高矫顽力SH、超高矫顽力EH、极高矫顽力UH、以及AH等产品，共7类，其中每类产品按最大磁能积大小划分为若干牌号，表1是参照国内钕铁硼生产厂家产品标准，汇总列出的永磁材料的牌号与性能及其应用。

表1 烧结钕铁硼永磁材料的牌号与性能及其应用
注：高性能钕铁硼永磁材料行业里一般指（磁能积+矫顽力）60以上的系列产品；
二、高性能烧结钕铁硼磁体的成分设计与性能
钕铁硼永磁材料是以金属间化合物RE2Fe14B为基础的永磁材料。

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）、钆（Gd）、钬（Ho）、铽（Tb）等其它稀土金属替代，铁也可被钴（Co）、铝（Al）、铜（Cu）、铌（Nb）、镓（Ga）、锆（Zr）等其它金属部分替代，见表2，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。

过去，由于国内钕铁硼企业与国外相比性能相差比较大，比较重视技术进步，把性能提高看作企业发展的关键，但是到今天，钕铁硼骨干企业基本在性能上都能做到N45、45M、42H、40SH、35UH、32EH等（有些企业甚至可以做到N50、48M、45H、38UH、35EH等），因此现在的关键是“性能稳定、产品内在品质好、交货及时、成本最低”，要达到上述几点，产品配方设计时必须优化合金成分，合理地添加某些元素（尽量减少高价格元素<Dy、Nb、Co、Tb、Ga>的添加量，并用低价元素<Cu、A1等>替代部分高价元素的合金元素配比），降低稀土钕含量, 用低成本配比的原料生产出高矫顽力、高使用温度的耐热烧结NbFeB永磁体，产品的高性能化研发和成分设计成为
企业生产发展的重要一环。

表3:合金元素添加量一览表、
表4:不同产品的成分配料单
三钕铁硼永磁材料的制备工艺
烧结钕铁硼永磁材料采用粉末冶金方法制造，工艺流程如下：原材料配比→真空熔炼→铸锭→破碎制粉→磁场取向成型→等静压→烧结回火热处理→机加工与表面处理，根据设备选定又有普通和（SC+HD）两种工艺：普通工艺(普通铸锭、粗中细破碎、气流磨、垂直磁场成型(TDP)、冷等静压(ClP)、三段烧结)生产烧结钕铁硼磁体，磁性能一致性差；快冷厚带（SC）/氢破碎（HD）/一次磁场成型工艺生产钕铁硼烧结磁体，密度高，剩磁和磁能积高、矫顽力高。

相同的成分用以上两种工艺制备合金，磁体的性能差异较大，后者的磁体各项性能明显优于以普通铸锭为原料制备的磁体。

由于国内稀土永磁生产装备的更新和发展，使得高性能钕铁硼的稳定生产得以实现。

原材料纯度一定的前提下，生产工艺决定了磁体的性能。

每一个工艺环节对磁体的最终磁性能都有较大的影响。

制备磁体过程中富Nd相均匀分布可提高磁体密度；单晶粉末有利于提高取向度，进而提高剩磁和磁能积；磁体晶粒细小均匀可提高娇顽力
1、熔炼铸锭生产工艺
合金铸锭的显微组织对于后续工艺的制粉环节、磁场取向成型环节、坯料烧结过程
都有重要的影响，并进而影响到烧结钕铁硼磁体的性能。

合金铸锭理想的显微组织应是无α—Fe 存在，且Nd2Fe14B主相晶粒细小，富Nd 相分布均匀。

表5 熔炼铸锭工艺对比
2、制粉工艺
钕铁硼粉末晶粒细小均匀是获得理想矫顽力重要条件之一。

高性能烧结磁体要求气流磨制备的粉末平均粒度为2．8-3．2μm，粒径分布窄、氧含量低，颗粒形状对磁体的取向度和烧结工艺有着重要的影响。

表6是普通铸锭、粗中细破碎、气流磨制粉与氢破碎+气流磨制粉的结果对比。

制粉时要加入润滑剂和抗氧化剂，惰性气体保护，有效地降低氧含量，提高了磁体的润滑效果，增加磁体的取向度。

3、成型工艺
烧结钕铁硼磁体成型时的取向度影响磁体的矫顽力、剩磁和磁能积，磁场成型有两次成型TDP（垂直磁场成型）+CIP（冷等静压）和一次成型两种工艺，其中又因生产装备的不同，分为以下几种：
成型过程中称量粉末时，要避免粉末氧化，尽量缩短该过程的时间并在充满保护气体的环境中进行，确保磁体性能。

4、烧结回火工艺
烧结回火是制造烧结钕铁硼磁体的关键，通过这一工序使磁体致密化、晶粒尺寸均匀。

高性能不同牌号产品对应不同的烧结温度、时间和回火温度、时间，如温度、时间选定不
合理，很容易出现晶粒反常长大，降低磁性能。

选择低温、长时间的烧结工艺，能确保达到设计牌号的矫顽力，同时，后续回火工艺对液相的均匀化起到了很好的稳定作用。