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1、钕铁硼永磁材料摘要：烧结钕铁硼磁体是当今世界上综合磁性能最强的永磁材料，以其超越于传统永磁材料的优异特性和性价比，在各行各业中获得越来越广泛的应用，成为许多现代工业技术，特别是电子信息产业中不可缺少的支撑材料。这里就对其稳定性、现今行情、废料资源化利用、发展动态和前景进行了简单的探讨。关键词：钕铁硼、工艺、稳定性、发展前景。Nd-fe-b Materials Abridgement;: sintering ndfeb magnets in the world for the comprehensive magnetic strongest permanent magnetic material
2、, in order to transcend traditional permanent magnetic material of their excellent properties of and performance and price and get in all walks of more and more wide application, became a lot of modern industrial technology, especially the electronic information industry indispensable support materi
3、als. Here the stability, the current prices, the recycle of waste materials, development trends and prospects of a simple discussion. Keywords: ndfeb, process, stability and development prospects.稀土永磁材料是20世纪60年代出现的新型永磁材料，至今已形成三代，第三代便是以NdFeB合金为代表的Fe基稀土永磁合金。它由主相Nd2Fe14B和少量富Nd相、少量富B相所组成，是一种三元金属间化合物。化学成
4、分为Nd36%、Fe63%、B约1%。Nd2Fe14B熔点1170。用烧结法生产的其磁性能为：最大磁能积（BH）m=199389kJ/m3,剩磁（Br）=1.31T，矫顽力（Hc）=12.47kOe，居里温度（Tc）=310K,使用温度（t）=100,密度=7.4g/cm3硬度（Hv）=600。一、 钕铁硼磁体产业发展态势 1、发展概况自1983年钕铁硼磁体问世以来，全球钕铁硼磁体产量从1983年不足1吨，猛增到2006年的55540吨。其中，烧结与粘结钕铁硼磁体产量之比约为9：1。从2003到2006的近三年来，全球烧结钕铁硼磁体年产量从2万吨猛增到5万吨，平均年增长率超过30%。经过20多
5、年发展，烧结钕铁硼磁体的磁能积也由279kJ/m3（35MGOe）提升至474kJ/m3（59.5MGOe）。2、钕铁硼磁体生产工艺和装备水平明显提高：近年来我国钕铁硼制造技术进步显著。中科三环高技术股份有限公司、宁波韵升高科磁业公司等已能工业化生产VCM（计算机硬盘驱动器主轴驱动电机）等高端应用磁体，并在世界市场中占有一定份额。烟台正海磁性材料有限公司开发的无氧工艺工业化生产，可生产含氧量低于500ppm的高磁能积、高热稳定性、高耐蚀性和高一致性的磁体，并使磁体中的钕含量比以往下降百分之几到百分之十几，既提高了产品性能，又节约了宝贵的稀土资源。钕铁硼磁体生产整体装备水平也有显著提高，尤其是烧
6、结钕铁硼磁体生产普遍采用了快淬甩带和氢破制粉工艺并实现了设备的国产化，突破了快淬和氢破设备对生产高档烧结钕铁硼产品的制约，使产品规格和档次有较大提升。我国生产高性能（48M以上）烧结钕铁硼磁体，过去主要采用日本真空株式会社生产的甩带炉来生产钕铁硼甩带片。目前大的烧结钕铁硼磁体企业仍是如此。但我国目前已与日本合资成立了爱发科中北真空（沈阳）有限公司，可生产600公斤甩带炉，可为大批量生产高档磁体提供良好的设备。配合甩带工艺，直接用氢玻碎，可省去中破碎，提高了生产效率。北京有色金属研究总院也已研制成功300公斤钕铁硼快冷厚带甩带炉，实现了关键装备国产化。大量专业甩带炉的投入使用，为生产高性能烧结钕
7、铁硼磁体提供了原料保证。2006 年，我国采取了一系列宏观调控措施，稀土原材料产品价格大涨，使烧结钕铁硼磁体价格出现了第一次上涨。 其后，随着钕铁硼生产成本的增加以及磁体价格的逐年降低，使得发达国家的磁体生产企业向中国转移，现在只有日本在高性能的磁体领域维持一定的产能。目前我国生产的烧结钕铁硼磁体价格远远低于世界平均价格，一方面是因为我国钕铁硼磁体产品质量不高，另一方面是由于各钕铁硼企业恶性竞争，竞相压价。 二：烧结钕铁硼磁体生产工艺的发展烧结磁体是目前最大宗的商品磁体。其工艺基本沿用制备钐钴磁体的粉末冶金法，程序为：熔烧合金锭粉碎研磨磁场下取向成型烧结回火时效充磁检测等。首先将Fe和B冶炼成
8、Fe-B合金，然后于真空反应炉中按一定要求配比，在Ar气下融化成三元合金，浇铸至水冷铜模中。然后进行制粉，通常采用球磨和气流磨等方法，还有还原扩散制粉，HDDR方法制粉，用快淬技术加球磨或气流磨方法制粉等。烧结钕铁硼的生产流程总流程如下：配料熔炼氢碎气流磨成型等静压剥油烧结检测后加工烧结钕铁硼磁体的永磁性能取决于内禀磁性和微结构。内禀磁性主要由材料的化学成分决定，是结构不灵敏。内禀磁性决定了材料宏观磁性能的理论极限， 为得到高性能钕铁硼磁体，首先要提高钕铁硼磁体中磁性相的饱和磁极化强度，可以通过以下措施实现：（1）保证原材料的纯度，以减少由于杂质元素引起的性能降低；（2）增加钕铁硼磁体中磁性相
9、的含量，这可以通过合适的成分配比，在保证矫顽力的前提下使得生产后磁体的组分接近磁性相的组分；（3）提高磁性相的取向度，主要通过生产工艺保证磁体中的颗粒都是单晶颗粒或接近单晶颗粒，并且有良好的颗粒粒径分布。在原材料纯度一定的前提下，生产工艺决定了磁体的性能。三：铸锭生产工艺及装备的发展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。从制造永磁材料的角度来看，希望铸锭组织中不存在粗大的 Fe 枝状晶。（这是由于 Fe 枝状晶的塑性较好，使铸锭难以破碎，给制粉过程造成困难；同时需延长烧结时间以获得均匀的 Nd2Fe14B晶体。
10、同时，如铸锭组织中存在团块状富 Nd 相，则会影响烧结时富 Nd 相均匀分布。）为了减少Fe 枝状晶，可以采用大容量的感应炉，并选用导热性能良好的铜锭模，采用以下两种工艺：一种工艺是把铸锭高温均匀化处理，在 1000的温度且在惰性气体保护下恒温 10h 左右，可以减少 Fe，但该工艺耗费时间、增加成本，不适合工业化批量生产；另一种工艺是双相合金法，即主相和液相分别熔炼、破碎，然后混合、制粉、烧结，这种方法也可以用于生产高性能磁体，但工艺复杂，不适合大批量的工业生产。SC 鳞片技术的出现，使铸锭生产工艺达到最新水平。SC 鳞片技术是将熔融的合金浇注到旋转的水冷铜辊上，生产出鳞片状铸锭，厚度大约0
11、.250.35mm。鳞片的冷凝速度快，可以很好的抑制 Fe 的析出，且鳞片的粉碎性很好，同时鳞片技术改善了富钕相的分布，可以生产磁性能优异的钕铁硼磁体。四：破碎制粉工艺及装备的发展钕铁硼粉末的状态，特别是粒径分布、颗粒形状对磁体的取向度和烧结工艺有着重要的影响。粉末制备的传统方法是机械破碎与球磨制粉。机械破碎采用颚式破碎、带筛球磨等方法，在惰性气体保护下进行。球磨制粉有振动球磨和滚动球磨等，振动球磨制备的粉末形状不规则，不利于磁场取向；滚动球磨由于需要汽油保护，工艺复杂，效率不高。目前，钕铁硼厂家基本上都用气流磨制粉。气流磨制粉是采用物料自身的高速碰撞来粉碎，对磨室内壁无磨损，无污染，可以高效
12、率地制备粉末。但是该工艺严重破坏了合金的主相晶粒结构，使富钕相不能均匀分布在主相晶粒边界，特别是对一些晶粒粗大的合金，破碎后的主相晶粒和富钕相各自分离，无法制备高性能的磁体。现在采用HD工艺，即将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，保证了主相晶粒及富钕晶粒间界相的完整。HD 工艺破碎后的气流磨制备的粉末粒度分布集中，表面缺陷少，可以用于制造高性能的磁体。稀土元素极易氧化，由于钕铁硼粉末的粒度特别小，更是易于氧化，因此气流磨制粉的过程中要用惰性气体保护，同时在制粉前添加一定比例的防氧化剂可以保护粉末使之不易氧化，并且可以提高制粉效率。五：磁场
13、取向成型工艺及装备的发展磁场取向成型工艺中取向场的大小，与压制方向的相对方向，粉末的松装密度都对磁体的取向度有重要影响。目前已有：湿压成型技术，是把钕铁硼的粗粉装入喷射式超细粉碎机，超细粉出口处进入溶剂油形成粉浆，注入模具内进行磁场取向成型，该技术粉浆不易氧化，可以取得较高的取向度，所制得的钕铁硼磁体晶粒尺寸小，均匀一致，磁性能较高 ；脉冲磁场取向技术，在压机恒磁场上加脉冲磁场，脉冲磁场一方面可以提高主相颗粒的取向度，还可以提高粉末的松装密度，从而进一步提高取向度，取向度约可提高 1.5% ；橡皮模压技术，将粉末装入橡皮模，在脉冲磁场中进行取向，再在压机的恒磁场中压制成型，在橡皮模中，粉末受到
14、的的是等静压压缩，可以使磁体获得较高的取向度和剩磁，与金属模压相比，剩磁大约可以提高 5%7%；近终成型磁场压机，对于异形磁体，采用特殊的模具工装，直接成型，烧结后的磁体只需要进行稍微表面处理即可投入使用，大大节省了材料和后续的加工成本。六： 烧结热处理工艺及装备的发展烧结是材料的最后成型过程，对磁体的密度和微观结构有着极为重要的影响。烧结炉有单室和多室两种结构。对单室结构烧结炉，通过控制温度、压力调节烧结工艺。多室连续多功能烧结炉具有准备室、预热室、烧结室、冷却室，每个工作室按工艺要求具有确定的温度和气氛条件，待烧结的坯件按工艺流程依次进入上述各室，经预定的烧结程序后出炉。采用多室连续多功能
15、烧结技术可使坯料在保护气氛下进入烧结炉，加热室控温精度高，准备室具有脱去气体和有机溶剂的功能，冷却室具有 600kPa（6bar）的高压气淬功能，从而保证工艺条件均匀，产品一致性好。适于大批量生产高性能钕铁硼磁体，但是多室设备价格昂贵，维护费用较高。但是磁性能提高的同时磁体的脆性增大，韧性降低。而且随着烧结NsFeB磁体应用领域的不断扩展，磁体要经受冲击、震动等恶劣环境的考验。所以今后要优化生产工艺，提高磁体的韧性，降低毛坯后续处理过程的破损和在环境中断裂的危险。在研究不同工艺磁体微观断裂机制的差异时，发现合金锭加氢化磁体只有富钕相参与氢化,而速凝加氢化磁体主相晶粒参与了氢化,并且在氢化过程中
16、发生了晶格畸变。七： 机加工与表面处理工艺及装备的发展我国生产的钕铁硼磁体一般均为毛坯，需要进一步的表面机械加工处理。钕铁硼磁体比较脆，力学性能较差，一般只能采用磨削加工和切削加工。随着钕铁硼产业的发展，对钕铁硼磁体的要求越来越高，有的磁体设计得特别小，特别薄，重量只有十几毫克到几十毫克，形状也十分复杂，原来的加工设备越来越不能满足钕铁硼加工的需要。同时，钕铁硼磁体由于耐腐蚀性较差，一般要经过表面防腐处理后才能使用，目前主要采用保护涂层的方法用以防腐。常用的金属涂层有 Ni、Zn 等等，用电镀、化学镀的方法覆盖磁体表面；常用的聚合物涂层是环氧树脂，用喷涂和电泳的方法覆盖磁体表面。近来 Al 的真空离子镀和有机溶液镀在钕铁硼磁体的表面处理取得了积极的进展，Al 涂层显示了优良的防护
