第3代永磁材料————钕铁硼磁体
钕铁硼磁性材料知识解析
培训资料
广东富远稀土新材料股份有限公司
二○一○年十月一日
本公司职工上岗培训材料
钕铁硼磁性材料知识
广东富远稀土新材料股份有限公司
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技术部
编写：韩旗英
目 录
第一章磁性材料简介
一切物质是由原子组成的，而原子又是由原子核和核外电子组成的。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，并且电子磁矩有包括电子轨道磁矩和电子自旋磁矩。量子力学表明，原子的核外一般分布有若干个电子，并且当电子分布在几个层次上时，由于内层电子之间的磁矩相互抵消，所以只有外层电子才对原子磁矩起作用。而只有3d过渡族金属和La系稀土金属等一些元素在一部分电子磁矩抵消以后，还剩余一部分电子磁矩没有被抵消。这样，这些元素原子具有总的原子磁矩。在此基础之上，由于“交换作用”的机理，这些原子磁矩得以按相同方向整齐排列起来，整个物体也就有了磁性。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。
软磁材料：磁性物质在外磁场中会显示很强的磁性，但当外磁场去掉后，它又没有磁性了，这种材料多用来作导磁材料用，如变压器铁芯、磁路轭铁等。常见的有硅（矽）钢片（含硅1～4%）、工业纯铁、低碳钢、铁钴、铁镍合金等。因材质是软的，通常称为软磁材料。
硬磁材料：磁性物质在外磁场中会显示磁性，被磁化后，去掉外磁场它仍保留一部分磁性，也就是说在没有磁场存在时，它仍有一定的磁性，要使这部分磁性去掉，则必须在原磁化方向上施加一与该材料内禀矫顽力相等的反向磁场，这时该材料便不显示磁性了，也就是说这种材料的磁性较硬，不加反向磁场它的磁性不会去掉，再者这类材料的材质都比较硬，故叫它为硬磁材料，但它具有永久保留磁性的特性，所以通常也叫永磁材料或恒磁材料。永磁材料有天然的和人工制造的两种。天然的叫磁石，即是铁磁矿石，它具有微弱的磁性，我们的祖先利用它做成指南针，这是人类最早利用永磁的发明。
稀土在你身边——永磁之王钕铁硼
稀土在你身边——永磁之王钕铁硼稀土是五矿有色板块重点经营的商品，在近年的经营中创出了贸易额与利润的佳绩。
什么是稀土？百度给出的答案是：“稀土就是化学元素周期表中镧系元素——镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)，以及与镧系的15个元素密切相关的两个元素——钪(Sc)和钇(Y)共17种元素，称为稀土元素(Rare Earth)。
简称稀土(RE 或R)。
”虽然看着比较晕，但是稀土就在我们身边，这次就说说稀土产品中的当红炸子鸡——永磁之王钕铁硼。
顾名思义，钕铁硼主要含有钕、铁、硼三种元素，是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的永磁材料，除了钕，另外两种稀土元素镨与镝也发挥了重要作用，镨单独用作永磁材料性能不突出，但却是一个能改善磁性能的优秀协同元素，加入适量的镨能有效地提高和改善永磁材料性能。
镝作为钕铁硼永磁体的添加剂使用，添加2~3%左右的镝可提高其矫顽力，随着钕铁硼磁体需求的增加，成为必要的添加元素。
能称为永磁之王的钕铁硼有不少优点，比如磁能积大，高矫顽力。
磁能积大，是说同等体积磁能强，有个例子是这样说的：同等功率的扬声器（音箱），用铁氧体磁铁需要1.2千克，用稀土钕铁硼磁铁只需要50克。
小时候收音机是居家生活重要“电器”，听《小喇叭》中孙静修老爷爷讲《西游记》，听评书《白眉大侠》、《隋唐演义》。
那时候砖头大小的收音机中有一个大喇叭占据了二分之一的空间让人印象深刻，而今科技发展了，用手机听收音机广播声音同样震撼，钕铁硼永磁体功不可没。
据称钕铁硼永磁体本身磁力是自身重量的640倍，就是可以吸起自身重量的640倍，令人咋舌吧。
高矫顽力，是说磁铁不容易退磁，小时候玩具少，经常把报废收音机喇叭中的磁铁拆下来吸铁钉玩，在磁铁的帮助下铁钉很容易就被磁化了，可以吸其他的钉子，拿开磁铁很快磁性又没了，可见铁钉没啥矫顽力。
钕铁硼基本信息介绍
钕铁硼介绍：诞生于八十年代初的第三代稀土永磁材料--钕铁硼，是当今世界上磁性最强的永磁材料，可分为烧结钕铁硼磁性材料和粘结钕铁硼磁性材料。
与烧结钕铁硼磁性材料相比，粘结钕铁硼磁性材料具有一次成形，多极取向的特点；主要应用于微电机上。
钕铁硼永磁体以其优异的性能、丰富的原料、合理的价格正得以迅猛的发展和广泛的应用。
其主要应用在微特电机、永磁仪表、电子工业、汽车工业、石油化工、核磁共振装置、音响器材、磁悬浮系统、磁性传动机构和磁疗设备等方面。
钕铁硼磁铁容易生锈、氧化，所以对钕铁硼磁铁，其表面通常需作电镀处理，如镀锌、镍、银、金等，也可以做磷化处理或喷环氧树脂来减慢其氧化速度。
钕铁硼的其他物理特性：Br 温度系数-0.11%/°C密度7.4g/cm3韦氏温度600Hv拉伸温度8.0kg/mm2比热0.12k Cak(kg°C)弹性模量 1.6x1011N/m2横向变形系数0.24居里温度310-340°C电阻率144Ω.cm挠曲强度25kg/mm2热膨胀系数4x10-6/°C导热系数7.7cal/m.h.°C刚度0.64N/m2压缩率9.8x10-12m2/NiHc温度系数-0.60%/°C表面处理：镀锌、镍、锡、金、银、磷化处理、环氧树脂喷涂特性：钕铁硼永磁材料是以金属间化合物Nd2Fe14B为基础的永磁材料。
钕铁硼具有极高的磁能积和矫力，同时高能量密度的优点使钕铁硼永磁材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用，从而使仪器仪表、电声电机、磁选磁化等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。
材质特点：钕铁硼的优点是性价比高，具良好的机械特性；不足之处在于居里温度点低，温度特性差，且易于粉化腐蚀，必须通过调整其化学成分和采取表面处理方法使之得以改进，才能达到实际应用的要求。
制造工艺：钕铁硼的制造采用粉末冶金工艺。
工艺流程：配料→ 熔炼制锭→ 制粉→ 压型→ 烧结回火→ 磁性检测→ 磨加工→ 销切加工→ 电镀→ 成品。
中国稀土永磁材料产业现状及趋势分析
中国稀土永磁材料产业现状及趋势分析稀土永磁材料是指稀土元素RE（铈Sm、钕Nd、钐Sm）和过度族金属元素TM （铁Fe，钴Co）形成的合金经一定的工艺制成的永磁材料，是对相关产品性能、效率提升较为明显的重要基础材料，在战略性新兴产业中应用量较大，目前也已成为稀土新材料中最大的消费领域。
现在所应用的永磁材料主要经历了金属永磁、铁氧体和稀土永磁三个阶段，其中稀土永磁材料是目前磁性最好、发展最快的永磁材料。
钕铁硼合金是目前性能最好的稀土永磁材料。
稀土永磁材料至今已有两大类、三代产品。
第一大类是稀土-钴合金系，包括第一代SmCo5和第二代Sm2Co17合金，均是以金属钴为基的永磁材料合金，但由于原材料昂贵，受到资源和价格的限制，主要应用与高端领域。
第二大类是钕铁硼合金，1983年由日本和美国同时发现，称为第三代永磁材料，由大量的钕、铁、硼三种元素构成，其中钕元素的占比在25%-35%。
目前第四代铁氮（碳）永磁体，尚处于研发阶段。
在已有的三代稀土永磁材料中，钕铁硼具有体积小、重量轻、磁性强等特点，由于原料易得、价格便宜的优点，发展极为迅速。
按照制造工艺的不同，钕铁硼磁材可分为烧结、粘结和热压三类，其在性能和应用上各具特色，下游应用领域重叠范围比较少，相互之间起到功能互补而非替代或挤占的作用。
烧结钕铁硼是目前产量最高、应用最广泛的稀土永磁材料，占比约超过90%，大部分中国钕铁硼磁材制造商主要生产烧结钕铁硼磁材。
2019年，稀土磁性材料产量保持平稳增长。
其中，烧结钕铁硼毛坯产量17万吨，同比增长9.7%；粘结钕铁硼产量7900吨，同比增长5%；钐钴磁体产量2400吨，同比增长4%2019年烧结钕铁硼毛坯产量占比94.3%，粘结钕铁硼占比 4.4%，钐钴磁体产量占比仅1.3%。
国家近年出台行业发展规划以及多项政策文件鼓励高性能钕铁硼永磁产业发展。
钕铁硼磁材产业链上游主要是稀土矿开采、分离及冶炼，中游是钕铁硼的精深加工企业，下游是消费电子和基础工业等传统应用领域，以及新能源和节能环保等新兴应用领域。
钕铁硼永磁体说明
钕铁硼永磁体说明钕铁硼永磁体是一种具有极高磁性的材料，是目前应用最广泛的永磁材料之一。
它具有高磁能积、高剩磁、高矫顽力等优良磁性能，被广泛应用于电机、传感器、磁力器件等领域。
钕铁硼永磁体由钕、铁、硼等元素组成。
其中，钕元素赋予了磁体高矫顽力和高磁能积的特性，铁元素提供了磁体的导磁性能，硼元素则起到了稳定和增强磁性能的作用。
这三种元素的合理比例和精细制备工艺使得钕铁硼永磁体能够达到极高的磁性能。
钕铁硼永磁体具有很强的磁性能，其矫顽力可达到1400kA/m以上，剩磁可达到1.4T以上，磁能积可达到400kJ/m³以上。
这些优异的磁性能使得钕铁硼永磁体在电机领域有着广泛的应用。
例如，它可以用于制造高效率、小体积的直流无刷电机，提高电动汽车、风力发电机组等设备的性能。
除了电机领域，钕铁硼永磁体还可以应用于传感器领域。
由于其高灵敏度和稳定性，它可以用于制造磁传感器、霍尔元件等，广泛应用于自动控制、汽车电子、医疗设备等领域。
例如，磁传感器可以用于测量物体的位置、速度和方向等参数，实现精准的位置控制和导航。
钕铁硼永磁体还可以用于制造磁力器件。
它具有较高的磁导率和磁滞损耗小的特点，可以用于制造高效率的磁力驱动器、磁力制动器等。
例如，在高速列车的制动系统中，钕铁硼永磁体可以用于制造高性能的磁力制动器，实现快速减速和平稳停车。
然而，钕铁硼永磁体也存在一些问题。
首先，钕铁硼永磁体具有较高的磁性，容易受到外界磁场的干扰，导致磁性能的衰减。
其次，钕铁硼永磁体的工艺复杂，制备成本较高，生产过程中还会产生一定的环境污染。
此外，钕铁硼永磁体的矫顽力随温度的升高而下降，限制了其在高温环境下的应用。
为了解决这些问题，科研人员不断进行钕铁硼永磁体的研发和改进。
他们通过调整合金配比、添加稀土元素、优化制备工艺等手段，提高了钕铁硼永磁体的磁性能和稳定性。
同时，他们还研发了一些钕铁硼永磁体的替代材料，如钴基永磁体、铁氧体磁体等，满足了不同领域对永磁材料的需求。
钕铁硼生产工艺流程
钕铁硼生产工艺流程钕铁硼（NdFeB）是一种非常重要的永磁材料，具有高磁能积、高矫顽力和高磁耦合系数的特点。
钕铁硼磁体广泛应用于电子、机械、汽车等领域。
以下是钕铁硼的生产工艺流程。
1. 原料准备：制备钕铁硼磁体的主要原料包括钕氧化物（Nd2O3）、铁粉（Fe）、硼酸物（B2O3）和添加剂（如氧化铁、钆等）。
这些原料需经过粉末混合、筛分和烘烤等步骤，以获得均匀的粉末混合物。
2. 氧化还原反应：将粉末混合物置于氮气和氢气的气氛中进行氧化还原反应，使钕氧化物和铁粉反应生成钕铁合金。
该反应在高温下进行，并要求控制气氛的氧气分压和反应时间，以确保完全反应和高品质的产物。
3. 粉末磨碎：将新合成的钕铁合金磨碎成粉末。
磨碎过程中使用的设备通常为球磨机或气流磨碎机。
磨碎的粉末要求细度均匀，以提高后续成型和烧结的效果。
4. 粉末成型：将磨碎后的粉末通过压制成型设备进行成型。
主要有压铸、注射成型和挤压成型等方法。
成型过程中需要控制压力、温度和速度等参数，以获得高密度和均匀的磁体坯料。
5. 磁体烧结：将成型的磁体坯料置于高温烧结炉中进行烧结。
烧结过程在惰性气氛中进行，通常是氢气或氮气。
烧结温度通常在1000°C以上，需要控制烧结时间和烧结温度的升降速度，以确保磁体密度和磁性能的优化。
6. 磁体处理：将烧结后的磁体进行磨削、磨平和切割等处理。
这些步骤旨在获得所需的尺寸和平整度，并为后续的磁性能处理做好准备。
7. 磁性能处理：对磁体进行退火、氢处理、磁化和表面涂层等处理。
退火可以调整磁体的晶粒结构和磁化强度。
氢处理可以提高磁体的矫顽力和稳定性。
磁化可以使磁体具有指定的磁性能。
表面涂层可以保护磁体的表面免受氧化和腐蚀。
8. 产品检验：对制备好的钕铁硼磁体进行质量检测和磁性能测试。
常用的检测方法包括外观检查、尺寸测量、磁性能测试和腐蚀性能测试等。
只有通过严格的质量检验，才能保证产品的合格和稳定性。
9. 包装和出货：将合格的钕铁硼磁体进行包装，并进行标识和记录。
第三代永磁体—钕铁硼
工艺过程是将钕 金属锭、 硼化铁及铁 粉按照 配料 比， 经粉碎充分混合放人刚玉坩埚 中， 在真空 条件下， 在高温感应炉 内进行烧结， 保持一定的烧 成 时 间后 ， 将坩埚 中的烧 成料取 出经 粉 碎后 ， 压 在 力下成型再一次进行烧制便得到钕铁硼磁性体 。 主要工艺条件 ： 配料比 钕粉 ： 硼化铁粉； 铁粉 按理 论摩 尔 比 ； 烧结 温度 １ ０ ～２００℃ ； 结 时 ０ ０ ８ 烧
郑 学 家
（ 辽宁省化工研究院 ． 辽宁 大连 １６２ ） １ ３ ０
摘 关 键
要 ： 论述了钕铁硼这种新型的第三代永磁物料 国内外的发展状况和市场情况 ， 并提 出了我 国 词 ： 第三代 ； 磁体 ； 永 材料
文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １０ ｔ３ （ｏ２ ｏ — ６ — ２ ０４一￣ ５２ｏ ）２ ００ ０
点阵参数 ａ ．２ １ ， ＝０ ８２１１Ｃ＝１２４４ｌ 。 １ １ ． ｒ ２ ｉ ａ 烧结 Ｎ ｅ 最 大磁 能 积 已达 ５ＭＧ ｅ ｄ Ｆｎ ０ Ｏ。
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按照生产工艺分类 ， 前 开发 №ＦＢ 目 ｅ 磁体有
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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。
稀土永磁材料-钕铁硼
新材料之稀土永磁材料——钕铁硼学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：慕铜摘要：为了探讨钕铁硼永磁材料的发展前景，发现行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。
结果表明，钕铁硼永磁材料将进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。
关键词：钕铁硼、永磁材料、生产、应用钕，一种活泼的稀土材料，由于其这一特性而被国家所重视。
新材料产业在“十二五”发展思路中明确提出，中国未来五年将“大力发展稀土永磁、催化、储氢等高性能稀土功能材料和稀土资源高效率综合利用技术”。
在这四大应用领域中，稀土永磁发展成为规模最大、潜力最大的部分。
钕铁硼(NdFeB)属第三代稀土永磁材料，含有约30%的稀土元素(钕是主要组成成分，铽、镝等次之)，其具有质量轻、体积小和磁性强等特点，是迄今为止性价比最高的磁体，在磁学界被誉为磁王。
为此，今天我们将从以下几个方面对稀土永磁材料——钕铁硼进行简单的描述和介绍。
一、钕铁硼永磁材料钕铁硼永磁体的主要原材料有稀土金属钕,金属元素铁和非金属元素硼(有时会添加铝,钴,镨,镝,铽,镓等),一般表达式为: RE2TM14B(RE=Nd,Pr,Dy TM=Fe,Co)钕铁硼三元系永磁材料是以Nd2Fe14B化合物作为基体的,其成分应与化合物Nd2Fe14B分子式相近。
但完全按Nd2Fe14B成分配比时,磁体的磁性能很低，甚至无磁，只是实际的磁体当中钕和硼的含量比Nd2Fe14B 化合物的钕和硼含量多时(即形成富钕相和富硼相)才能获得较好的永磁性能。
基体Nd2Fe14相，这个相是磁体的主相,它的体积百分数(在炼完钢锭后已基本固定)决定了磁体的剩磁(Br)。
最大磁能积((BH)m),而成型时磁场取向就是实现它的排列分布使这一分子结构的易磁化轴(C)都沿取向方向有序排列,从而实现更高的磁性能。
富B相，富B相在基体中以一定的化合物存在,它是一个非磁相,对磁性能一般是有害的,但有富B相的存在反而使的钢锭容易破碎。
钕铁硼永磁
世上无难事，只要肯攀登
钕铁硼永磁
科技名词定义
中文名称：钕铁硼永磁体英文名称：neodymium-iron- boron permanent magnet 定义：以Nd2Fe14B 金属间化合物为基的稀土永磁体。
具有四方晶体结构，
有很强的磁晶各向异性能和很高的饱和磁化强度。
钕铁硼永磁材料是以金属间化合物Nd2Fe14B 为基础的永磁材料。
相对于铸
造Al-Ni-Co 系永磁材料和铁氧体永磁材料，钕铁硼具有极高的磁能积和矫顽
力，可吸起相当于自身重量的640 倍的重物。
高能量密度的优点使钕铁硼永磁
材料在现代工业和电子技术中获得了广泛应用.
钕铁硼永磁体是钕铁硼磁性材料的一种，也叫作为稀土永磁材料发展的最新
结果，由于其优异的磁性能而被称为磁王。
这是国家863 高科技计划所研发的
产物。
钕铁硼永磁体具有极高的磁能积和矫力，同时高能量密度的优点使钕铁
硼永磁材料在现代工业，电子技术中以及医疗行业中获得了广泛应用，从而使
仪器仪表、电声电机、磁选磁化，医疗器械，医疗设备等设备的小型化、轻量化、薄型化成为可能。
钕铁硼永磁体的优点是性价比高，具良好的机械特性;不
足之处在于居里温度点低，温度特性差，且易于粉化腐蚀，必须通过调整其化
学成分和采取表面处理方法使之得以改进，才能达到实际应用的要求。
分类
钕铁硼永磁体分为烧结钕铁硼和粘结钕铁硼两种，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。
而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。
化学组成。