黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料及其應(yīng)用與發(fā)展★

李慧張敏剛張雪山

（太原科技大學(xué)，山西太原030024）

黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料及其應(yīng)用與發(fā)展★

李慧張敏剛張雪山

（太原科技大學(xué)，山西太原030024）

主要介紹了黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料制備工藝及其在高科技應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展、拓展，同時(shí)，綜述了黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)和生產(chǎn)狀況，并指出黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料作為一種新型材料在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的地位，說(shuō)明其擁有著良好的應(yīng)用與發(fā)展前景。

黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料制備工藝應(yīng)用前景

現(xiàn)代社會(huì)是一個(gè)以科技為主導(dǎo)的社會(huì)，新材料的研究與應(yīng)用成為了社會(huì)文明的標(biāo)志。稀土永磁材料的發(fā)展為現(xiàn)代生活提供了極大方便，應(yīng)用范圍非常廣泛。釹鐵硼永磁材料是稀土永磁材料中磁性能最高的材料，以其優(yōu)異的性能而被廣泛應(yīng)用，其中不乏最新科技領(lǐng)域。而黏結(jié)釹鐵硼磁體是將磁粉和黏結(jié)劑(環(huán)氧樹(shù)脂、尼龍或橡膠等材料)混合，采用模壓、注塑、擠壓等方法將其制備成最終尺寸及形狀，經(jīng)固化后得到黏結(jié)磁體［1］。黏結(jié)Nd-Fe-B磁體的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用始于20世紀(jì)80年代末，作為一種新型材料已成為稀土永磁材料大家族中的重要一員，有著優(yōu)異的使用性能。其應(yīng)用領(lǐng)域可以概括為家用電器、電氣、儀器儀表、通訊、電力、信息、能源、生物工程、空間研究、海洋研究、軍事以及科學(xué)研究等方面。因此，這種新型的永磁材料引起了各國(guó)的廣泛關(guān)注，僅問(wèn)世以來(lái)十多年時(shí)間就取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。

1 制備工藝

1.1 工藝介紹

釹鐵硼磁體從工藝上大體可分為燒結(jié)磁體和黏結(jié)磁體，但是燒結(jié)磁體在應(yīng)用中尺寸上很難精確制定?，F(xiàn)在社會(huì)需要的尺寸越來(lái)越小、精度越來(lái)越高、形狀越來(lái)越復(fù)雜的磁體。黏結(jié)Nd-Fe-B磁體正是具有了這一優(yōu)點(diǎn)，可制備各種所需形狀的磁體，并靈活應(yīng)用于各領(lǐng)域，特別是中小功率永磁電機(jī)中均用黏結(jié)Nd-Fe-B做磁源器件。

黏結(jié)Nd-Fe-B材料之所以能在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用與其制備工藝有著緊密的聯(lián)系，為了提高黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料的使用性能，人們不斷的改進(jìn)制備工藝，并取得了優(yōu)異的研究成果。從其整個(gè)制備過(guò)程來(lái)看，可大體分為制粉和黏結(jié)兩個(gè)階段。黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料用的磁粉制造方法主要有快淬法(MS)［2,3］、氣體霧化法(GA)［4,5］、機(jī)械合金化法(MA)［6,7］等。黏結(jié)階段主要是將Nd-Fe-B永磁材料粉末與黏結(jié)劑和其他添加劑按照一定比例均勻混合后用壓制、擠出、壓延或注射成型等方法，按用戶需求直接成型為各種形狀的永磁材料。不同成型方法對(duì)黏結(jié)磁體性能有著不同程度的影響，影響程度具體情況見(jiàn)表1。

表1 黏結(jié)永磁體的制備工藝比較［8］

黏結(jié)磁體的制備方法簡(jiǎn)單，工藝精度高，可望在大批量連續(xù)生產(chǎn)中推廣使用，但黏結(jié)磁體抗氧化性能差，需要進(jìn)一步研究，提高其穩(wěn)定性［9］。在黏結(jié)Nd-Fe-B磁體生產(chǎn)中壓制成型和擠出成型所占的比例越來(lái)越大，它們的工藝流程見(jiàn)下頁(yè)圖1，其黏結(jié)工藝工序簡(jiǎn)單，成型精確，不需后加工。

圖1 黏結(jié)NdFeB永磁體制備工藝流程［10］

目前，國(guó)內(nèi)在注射成型黏結(jié)Nd-Fe-B磁體方面的研究報(bào)道很少，其原因可能是一方面要克服稀土磁粉在混煉和注射成型過(guò)程中的氧化、流動(dòng)性差等問(wèn)題；另一方面須減輕磁粉粉末對(duì)導(dǎo)料桿和模腔磨損［11］。但是人們正在研究分析該問(wèn)題，將會(huì)不久解決該方面的問(wèn)題。

1.2 影響磁性能的因素

影響?zhàn)そY(jié)Nd-Fe-B磁體性能的因素有很多，基本上是磁粉粒度配比和形狀，其他因素有添加劑的選擇及用量、壓制過(guò)程中的模壓壓力和保壓時(shí)間、固化時(shí)間和溫度、測(cè)量速度等。其中磁粉的粒度搭配、黏結(jié)劑用量、成型壓力等是影響磁性能的重要參數(shù)。

在磁體的制備過(guò)程中，磁粉的工藝因素是至關(guān)重要的［12］，具體來(lái)說(shuō)，小顆粒磁粉的加入使黏結(jié)磁體的密度有所提高，適量小顆粒的加入有利于提高磁性能指標(biāo)，但隨著加入量的增多，性能明顯降低［13］。同時(shí)磁粉的形貌對(duì)黏結(jié)磁體的物理性能也有著較大的影響，球形磁粉混煉性能很好，但是磁體的力學(xué)性能低于不規(guī)則形狀的磁粉制成磁體的力學(xué)性能［14］。在黏結(jié)劑方面，為了最大限度地提高磁體的磁性能，黏結(jié)劑的用量應(yīng)盡可能少，黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料組織由鱗片狀的Nd-Fe-B磁粉與黏結(jié)劑組成［15］，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到黏結(jié)劑優(yōu)化量為磁粉總量的3.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))［16］。同時(shí)壓制過(guò)程中壓力增大可以增加磁體的密度，提高磁性能。但壓力過(guò)大，會(huì)引起磁性能的顯著惡化，對(duì)磁粉進(jìn)行包覆處理時(shí)，要及時(shí)充分?jǐn)嚢?，以保證溶劑充分揮發(fā)，避免磁粉團(tuán)聚，從而提高磁體性能［17］。為了提高黏結(jié)磁體的性能，很多研究人員從各因素著手，不斷改進(jìn)制備工藝，制備出了性能優(yōu)異的磁體。

2 應(yīng)用與發(fā)展

2.1 Nd-Fe-B黏結(jié)磁體的生產(chǎn)狀況及動(dòng)態(tài)

近十幾年來(lái)我國(guó)黏結(jié)Nd-Fe-B材料的產(chǎn)量快速增長(zhǎng)。2007年，我國(guó)黏結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量達(dá)到了3 000 t，占全球產(chǎn)量的59%。1997—2007年，平均年增長(zhǎng)率超過(guò)32%。全球黏結(jié)Nd-Fe-B材料雖然處于低勢(shì)發(fā)展，但在我國(guó)該材料的快速發(fā)展下仍呈上升趨勢(shì)，表2為各國(guó)黏結(jié)Nd-Fe-B材料的生產(chǎn)狀況［18］。

表2 全球黏結(jié)Nd-Fe-B永磁材料的發(fā)展?fàn)顩rt

作為一種重要的磁性材料，黏結(jié)Nd-Fe-B材料從誕生以來(lái)，人們對(duì)其晶體結(jié)構(gòu)、微觀組織、磁疇形態(tài)和內(nèi)外稟磁性等方面都已做了大量研究工作并取得了可喜的成果［19］。新型稀土系永磁材料的研究日益深入和廣泛，在Nd-Fe-B黏結(jié)磁體的基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究發(fā)展，并取得優(yōu)異的研究成果。其主要?jiǎng)討B(tài)體現(xiàn)在：各向同性Nd2Fe2B系黏結(jié)磁體，目前市場(chǎng)上出售的各向同性Nd2Fe2B系黏結(jié)磁體用的磁體合金粉末，都是利用熔體快淬(快速凝固)工藝制造的各向同性Nd2Fe14B型合金粉末；各向異性Nd2Fe2B系黏結(jié)磁體，目前市場(chǎng)上出售的各向異性Nd2Fe2B系黏結(jié)磁體是用HDDR［氫化—歧化（分解）—脫氫—再結(jié)合］法制得的Nd2Fe14B型磁體粉末制作的；SmFe7Nx+α2Fe系納米復(fù)合磁體，這種磁體實(shí)際上是由硬磁性相SmFe7Nx和軟磁性相α-Fe組成的一類交換彈簧磁體；向異性Sm2Fe17N3黏結(jié)磁體，采用還原擴(kuò)散(R/D)工藝先制取Sm2Fe17合金然后氮化，成功制成高磁性能的Sm2Fe17N3磁體粉末四個(gè)方面。最近研究人員還研究出了納米復(fù)合釹鐵硼磁體的矯頑力模型及并分析了影響因素［20］。加強(qiáng)永磁材料的研究開(kāi)發(fā)以及與應(yīng)用器件的密切合作，這對(duì)于合理正確使用稀土永磁材料，特別是黏結(jié)釹鐵硼永磁材料，發(fā)揮黏結(jié)釹鐵硼永磁材料高性能的優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)其缺點(diǎn)具有重要的意義［21］。

2.2 黏結(jié)Nd-Fe-B材料的應(yīng)用及前景

在國(guó)際市場(chǎng)上黏結(jié)磁體占有很重要的位置，且應(yīng)用比例不斷增加，黏結(jié)Nd-Fe-B磁體是重要的功能材料，并已廣泛應(yīng)用于各科技領(lǐng)域，由于黏結(jié)Nd-Fe-B材料具有優(yōu)異的磁性能、力學(xué)性能、耐腐蝕性以及易成型等優(yōu)點(diǎn)，其需求量飛速增加，黏結(jié)Nd-Fe-B材料的應(yīng)用領(lǐng)域見(jiàn)表3。最近個(gè)人電腦正不斷在辦公室和家庭中得到普及，PC機(jī)的增長(zhǎng)速度正不斷加快［22］，汽車儀表上過(guò)去多用溫度特性好的鋁鎳鈷(Al-Ni-Co)磁體，現(xiàn)在幾乎都用黏結(jié)磁體，特別是在速度表和轉(zhuǎn)數(shù)表上已使用各向同性Nd-Fe-B系黏結(jié)磁體，這些都說(shuō)明Nd-Fe-B黏結(jié)磁體擁有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。目前，Nd-Fe-B黏結(jié)磁體的制造工藝、性能、生產(chǎn)設(shè)備的改進(jìn)、系列化產(chǎn)品的研制以及應(yīng)用領(lǐng)域的進(jìn)一步擴(kuò)大仍在進(jìn)行。

表3 黏結(jié)NdFeB永磁材料的應(yīng)用領(lǐng)域

這是20世紀(jì)時(shí)該材料的適用范圍，而進(jìn)入新世紀(jì)后隨著科技的進(jìn)步，其使用范圍越來(lái)越廣泛。在“節(jié)能、環(huán)?！钡睦砟钕?，很多新興領(lǐng)域逐漸采用了釹鐵硼永磁材料，如計(jì)算機(jī)、手機(jī)、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電、混合動(dòng)力汽車、工業(yè)節(jié)能電機(jī)等，Nd－Fe－B永磁材料已經(jīng)顯示出很強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿Γ乙l(fā)展國(guó)內(nèi)需求市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)共有5家企業(yè)獲得了該專利許可權(quán)，主要包括中科三環(huán)、北京京磁、銀鈉金科、寧波韻升和安泰科技。由此看來(lái)，占領(lǐng)世界市場(chǎng)仍然是我國(guó)稀土永磁的重要發(fā)展方向。

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)正在向集成化、小型化、超小型化、輕量化、智能化方向發(fā)展，而具有超高能密度的Nd-Fe-B永磁材料的出現(xiàn)有力地促進(jìn)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。正在發(fā)展的磁懸浮列車和自動(dòng)化高速公路也需要大量的永磁材料。如果黏結(jié)Nd-Fe-B磁體通過(guò)性能改進(jìn)能應(yīng)用到這些領(lǐng)域，未來(lái)生產(chǎn)量會(huì)大幅提高。目前黏結(jié)Nd-Fe-B磁體仍處在發(fā)展中，改善其磁性能的研究十分活躍，隨著合金成分和工藝的不斷改進(jìn)，磁性能更加優(yōu)異的黏結(jié)Nd-Fe-B磁體將不斷涌現(xiàn)。

3 結(jié)語(yǔ)

近些年來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步功能材料的種類越來(lái)越多，這些材料帶給人類的方便也越來(lái)越多。黏結(jié)Nd-Fe-B材料作為功能材料之一得到了迅速的發(fā)展和應(yīng)用，通過(guò)國(guó)內(nèi)及國(guó)外在該領(lǐng)域的不斷創(chuàng)新，使得黏結(jié)Nd-Fe-B材料在制備工藝和應(yīng)用方面都達(dá)到了最前沿水平，尤其是應(yīng)用領(lǐng)域上不斷得到拓展，黏結(jié)Nd-Fe-B材料在稀土材料中的位置越來(lái)越顯著，在現(xiàn)代社會(huì)中的作用越來(lái)越大，占據(jù)著材料行業(yè)的重要地位，由此可以看出黏結(jié)Nd-Fe-B材料的未來(lái)前景是非?？捎^的。而隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展和綜合國(guó)力的日益增強(qiáng)，利用我國(guó)的稀土資源優(yōu)勢(shì)，我國(guó)黏結(jié)Nd-Fe-B磁體的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用前景將更為廣闊。

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（編輯：苗運(yùn)平）

Abstract：This thesis focuses on the improvement of fabrication and development of bonded NdFeB-

type permanent magnets.The production and application of NdFeB-type magnets has seen incredible growth in recent years.Bonded NdFeB-type magnets are important functional materials and have been widely used in various applications.However,the market is expected to grow into new elds like electric motor applications in the near future.

Key words:bonded NdFeB-type permanent magnets，permanent magnets，magnet fabrication，

application

Production and Application of Bonded NdFeB-type Permanent Magnets

LI Hui ZHANG Mingang ZHANG Xueshan
（Taiyuan University of Science and Technology,Taiyuan 030024，China）

TG132.2+7

A

2010-12-31

山西省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2007032031）

李慧（1984-），女，現(xiàn)在太原科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院讀碩士研究生，研究方向?yàn)楣δ懿牧霞捌湮锢硖匦?。Tel:15035122976，E-mail：am_lab@yeah.net

張敏剛，教授，博士生導(dǎo)師。Tel:0351－8560790，E-mail：am_lab@yeah.net

1672-1152（2011）01-0005-03