1、钕铁硼永磁材料的研究进展及应用,材科1104 焦京钰 41130241,永磁材料,第三代稀土永磁材料,稀土永磁材料,矫顽力高，磁化后难以退磁，磁滞回线宽，故又叫硬磁材料,合金、铁氧体和金属间化合物,合金永磁材料,一般永磁材料，如铝镍钴、铁氧体,第1代是于1967年Strnat采用粉末法研制的1：5型的SmCo5材料第2代是2：17型的钐钴磁体。,钕铁硼,钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料的生产与应用发展十分迅速，在稀土永磁材料中占主导地位。Nd-Fe-B合金是由多相组成，其中以Nd2Fe14B为主相，约占80%85%，还有富钕相、富硼相，此外往往还有一定量的-Fe相。其具有质量轻、体积小和磁性强
2、等特点，是迄今为止性价比最高的磁体。在磁学界被誉为“磁王”。钕铁硼的磁能积理论极限值为 64 MGOe，经过近三十年的努力，钕铁硼磁体的磁能积有了大幅提高。,钕铁硼简介,35MGOe,59.6MGOe,911MGOe25MGOe,分类,非常坚硬可以切割钻孔,次成形，可直接做成各种复杂的形状,原材料预处理配料熔炼破碎细磨混料压型烧结热处理机加工电镀充磁检验包装入库,制备工艺,烧结钕铁硼,物理破碎法机械磨碎法是通过脆性物质相互碰撞和摩擦，使其表层与内部产生形变和应力不同，从而发生碎裂的方法。 盘磨/球磨：熔炼铸锭经粗破碎后，在保护溶剂(汽油、酒精)中进行。粉末夹杂和溶剂污染，氧含量比较高。 气流磨
3、：金属在高速气流中碰撞而破碎。自动化程度很高，粉末粒度均匀，夹杂少，氧含量低。 机械合金化：高速转动使研磨球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌。组织和成分分布均匀。,制粉阶段,快速凝固法为制备单畴尺寸的晶粒甚至纳米晶稀土永磁开辟了道路。 熔体旋淬法：高矫顽力，抗氧化性和热稳定性优异。经过热压塑变后也可成为各向异性致密磁体。 铸带工艺(SC)技术：大量生产晶粒结构微细而且均匀、没有-Fe析出的薄带。 气体雾化法：一步就能制作大批量磁粉，不需磨碎，磁粉流动性好。粒度不均匀 超声情性气体雾化法：氧含量低，颗粒为球形，流动性好，填充密度高。,制粉阶段,氢化破碎法HD稀土基体相与晶界相吸氢后体积膨胀和内应
4、力而破碎的物理化学粉碎方法单晶颗粒能提高合金粉末的生产效率，减少粉末被杂质污染的可能性。解决了合金铸锭破碎困难的问题，降低了粗破碎的成本。,制粉阶段,HDDR法氢化歧化脱氢再结合具有高矫顽力的Nd-Fe-B细磁粉通过热压制得各向异性磁体，也可以制得粘结磁体和注射成形磁体。,制粉阶段,湿压成型技术 (HILOP)合金锭的均匀化等温退火技术橡皮膜压 ( RIP) 技术双相合金法技术冲击波爆炸压结磁体技术注射成型(MIM)烧结磁体技术,其他工艺,制备工艺,粘结钕铁硼,粘结阶段,磁体的应用环境，使用温度高的磁体则需要耐热的粘结剂工艺性能，对于压缩成型磁体，不宜选用常温下为液体的粘结剂。对于注射成型，则
5、应选择热塑性粘结剂磁体性能。用不同粘结剂制得的磁体的性能有很大的差别，包括力学性能和磁性价格,粘结阶段,粘结剂,按功能可归纳为以下五个方面:(1)将电能转化为机械能。如电动机、音响设备中的扬声器等。(2)将机械能转换为电能。如发电机拾音器、麦克风等。(3) 直接利用磁体的吸引力或排斥力。如选矿机，吸重器、磁性吸盘、磁力传动、磁悬浮列车等。(4)直接利用磁体产生的磁场，如行波管、调速管、磁控管、核磁共振成像仪、磁电式测量仪表等。(5)利用磁场对介质或生物体的作用如磁处理水装置、油田用降蜡器、各种磁疗器械,应用,据说现阶段乃至将来汽车工业仍是稀土永磁电机的最广泛应用领域之一。汽车制造理论：追求小马
6、达来降低整体质量，降低尾气排放，以提高汽车自身的安全性能，增加一定的舒适度，进而使汽车的性能进一步提升。,汽车工业,轿车中的永磁电机,主要利用磁体的吸引力与排斥力做成磁性医疗器械及其新技术解决有关问题。嵌牙：经根管治疗后，在根内埋人一块小磁体，然后在其相对的托牙组织面也埋人等大的稀土钻磁体，利用异名极相吸的作用嵌牙。磁力正牙：按矫正牙齿的需要，用复合树脂将磁片粘接在牙齿的牙面上或牙齿的适当位置上核磁共振成像技术：可对人体内部组织拍摄各种不同角度的相片，因此能构成立体图象，确定病变的性质与形态。,医学方面,100t,0.5t,永磁风力发电机就能使风力发电的效率提高到85以上。同时永磁发电机可将风
7、力机与发电机直接耦合，由此可去掉变速箱，使其工作更稳定还降低系统噪音，以及减少系统维护费用。使用钕铁硼永磁作为悬浮轴承的发电机，其输出功率增加约20，即风速不变情况下发电量增加了20。节能家电也是未来钕铁硼重要的替代应用领域，稀土永磁电机将被广泛运用于空调机、空气压缩机、风机等家用电器领域。,节能方面,热稳定性差钕铁硼的居里温度低(312)，对温度极敏感，在受热时其剩磁、特别是内禀矫顽力下降很快易腐蚀长时间高温环境(150)、暖湿环境和电化学环境会腐蚀明显,缺陷改进,合金化研究表明，通过添加元素Co提高了居里温度；添加Dy、Tb、Al、Ga、Nb、Cu等元素提高了内禀 矫顽力，大大改善了烧结钕
8、铁硼永磁材料的热稳定性,改善热稳定性,合金化山本、飞世和五十岚等指出在烧结钕铁硼材料内加入Zr、V、Nb、Ta、Mo、W、A1的一至二种可取代Fe可改善磁体的耐蚀性，或使之在晶界上偏析，减少晶界上富稀土相而提高晶界的耐氧化腐蚀性能。在钕铁硼中添加一定量的Dy，Co和Cu可以很大地提高抗腐蚀性能，而又不会使磁体的矫顽力下降，而且磁体的不可逆磁通损失也变得很小,增强耐腐蚀性,表面处理对磁体镀或涂上一层保护膜以阻挡水和氧气及电解质的侵蚀。钕铁硼磁体的防腐蚀涂层主要有金属镀层有机涂层和复合涂层。,增强耐腐蚀性,电镀典型有效的方法是电镀Ni和Zn，其中镀Ni应用最为广泛很难避免水、酸、碱和镀液渗入磁体材
9、料中以及磁体作阴极时，有氢的析出，导致永磁材料镀后氢脆、泛白、鼓泡等现象影响耐蚀性。化学镀有高耐蚀性、高稳定性、低的磁屏蔽性。成本比电镀高得多、镀液稳定性差、在对永磁材料施镀时仍有氢析出而引起永磁材料吸氢和氢脆、镀层有空洞等。,金属涂层,有机涂层一般用于在较严重的腐蚀环境下使用的磁体或者在某些使用环境中要求磁体表面电绝缘时的场合。硬度稍差复合涂层可采用阴极电泳技术与电镀锌技术相结合，其工艺步骤为：高温烘烤除油沸水封孔除油除锈活化电镀锌磷化钝化阴极电泳水洗烘干固化。际应用中往往很难达到两种涂层复合的抗腐蚀效果。,全球钕铁硼产量在过去近三十年中取得了快速增长，由1983年的不足1吨增加到2010 年的13.43万吨，其中我国的产量达10.8万吨，占全球钕铁硼总产量的80%。烧结钕铁硼磁体产量由2001年的1.25万吨，增加到2010年的12万吨，约占钕铁硼总产量 90%，并在过去十年间保持年均26.5%的速率快速增长。日本住友特殊金属公司、日本信越化学实业公司、TDK等在钕铁硼的销量上分居世界第一、二、三位。北京中科三环高技术股份有限公司与日本的TDK并列排在第三位。,结语,Thank you,
