永磁钕铁硼材料调查报告.doc

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Br可高达1.47T，磁感应矫顽力Hc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Tc较低（312），磁感应温度系数较大（-0.126%C-1），Br的温度系数可达-0.13%C-1，Hci的温度系数达-（0.60.7）%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3m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。这样处理后的坯料再充磁，即可制得Nd2Fe14B永磁体。熔体旋淬工艺制备法即将熔融的金属液流直接喷射到高速旋转的冷衬底上，使熔体急速凝固，并用惰性气体进行保护以防止氧化。制备薄带厚1530m，薄带可能是非晶态，也可能是微晶态。NdFeB的最佳矫顽力出现在适中的淬速下，即产生直径小于100nm的晶粒（比烧结磁体的晶粒约小100倍）。就成分而言，快淬薄带比烧结体更接近于Nd2Fe14B单相成分。钕铁硼磁体生产中原材料占总生产成本的比例为4550，其中金属钕占原材料成本的比重高达60%。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。二、磁性能参数2.1 NdFeB材料的磁性能参数NdFeB磁体的磁性能远高于Sm2Co17系列的第三代稀土永磁材料，其剩磁（Br）是钐钴永磁的12倍，是铁氧体的35倍，内禀矫顽力是铁氧体的515倍。NdfeB材料主要磁性能参数有剩磁Br，矫顽力HCB，内禀矫顽力HCJ，最大磁能积(BH)max，居里温度Tc，最高工作温度等，具体牌号及相关参数见表2-1，2-2，2-3。表2-1 常见NdFeB牌号及性能参数 性能牌号剩磁感应强度Br mT（KGs）矫顽力HcB KA/m（KOe）内禀矫顽力HcJ KA/m（KOe）最大磁能积（BH）max KJ/m3（MGOe）最小值典型值最小值最小值最小值典型值N351180（11.8）1230（12.1）868（10.9）955（12）263（33）278（35）N381230（12.3）1250（12.5）899（11.3）955（12）287（36）295(37)N401270（12.7）1280（12.8）923（11.6）955（12）303（38）310（39）N421290（12.9）1310（13.1）923（11.6）955（12）318（40）326（41）N451330（13.3）1350（13.5）876（11.0）955（12）342（43）350（44）N481360（13.6）1380（13.8）836（10.5）955（12）366（46）374（47）N501410（14.1）1420（14.2）860（10.8）876（11）374（47）390（49）N521430（14.3）1440（14.4）836（10.8）876（11.0）390（49）406（51）30M1080（10.8）1140（11.4）796（10）1114（14）223（28）246（31）33M1130（11.3）1150（11.5）836（10.5）1114（14）247（31）255（32）35M1180（11.8）1200（12.0）868（10.9）1114（14）263（33）271（34）38M1230（12.3）1250（12.5）899（11.3）1114（14）287（36）295(37)40M1270（12.7）1280（12.8）923（11.6）1114（14）303（38）310（39）42M1290（12.9）1310（13.1）955（12.0）1114（14）318（40）326（41）45M1330（13.3）1350（13.5）995（12.5）1114（14）342（43）350（44）48M1360（13.6）1380（13.8）1027（12.9）1114（14）358（45）374（47）50M1410（14.1）1420（14.2）1050（13.2）1114（14）374（47）390（49）30H1080（10.8）1100（11.0）796（10）1353（17）223（28）239（30）33H1130（11.3）1150（11.5）836（10.5）1353（17）247（31）255（32）35H1180（11.8）1200（12.0）868（10.9）1353（17）263（33）271（34）38H1230（12.3）1250（12.5）899（11.3）1353（17）287（36）295(37)40H1270（12.7）1280（12.8）923（11.6）1353（17）303（38）310（39）42H1290（12.9）1310（13.1）955（12.0）1353（17）318（40）326（41）45H1330（13.3）1340（13.4）995（12.5）1353（16）342（43）350（44）48H1360（13.6）1380（13.8）1027（12.9）1353（16）358（45）366（46）28SH1050（10.5）1080（10.8）764（9.6）1592（20）207（26）215（27）30SH1080（10.8）1100（11.0）804（10.1）1592（20）223（28）239（30）33SH1130（11.3）1150（11.5）844（10.6）1592（20）247（31）255（32）35SH1180（11.8）1200（12.0）876（11.0）1592（20）263（33）271（34）38SH1230（12.3）1250（12.5）907（11.4）1592（20）287（36）295(37)40SH1270（12.7）1280（12.8）939（11.8）1592（20）303（38）310（39）42SH1290（12.9）1310（13.1）955（12.0）1592（20）318（40）326（41）45SH1320（13.2）1340（13.4）995（12.5）1592（20）334（42）342（43）28UH1050（10.5）1080（10.8）764（9.6）1990（25）207（26）223（28）30UH1080（10.8）1100（11.0）812（10.2）1990（25）223（28）239（30）33UH1130（11.3）1150（11.5）852（10.7）1990（25）247（31）255（32）35UH1180（11.8）1200（12.0）860（10.8）1990（25）263（33）271（34）38UH1230（12.3）1250（12.5）907（11.4）1990（25）287（36）295(37)40UH1260（12.6）1270（12.7）923（11.6）1990（25）303（38）310（39）42UH1290（12.9）1310（13.1）923（11.6）1990（25）318（40）326（41）28EH1050（10.5）1080（10.8）764（9.6）2388（30）207（26）223（28）30EH1080（10.8）1100（11.0）812（10.2）2388（30）223（28）239（30）33EH1130（11.3）1150（11.5）812（10.2）2388（30）247（31）255（32）35EH1180（11.8）1200（12.0）812（10.2）2388（30）263（33）271（34）38EH1230（12.3）1250（12.5）868（10.9）2388（30）287（36）295(37)30TH1080（10.8）1100（11.0）812（10.2）2627（33）223（28）239（30）33TH1130（11.3）1150（11.5）812（10.2）2627（33）247（31）255（32）35TH1180（11.8）1200（12.0）812（10.2）2627（33）263（33）271（34）表2-2 常见NdFeB材料牌号最高工作温度系列最高工作温度（Pc=1）N80M100H120SH150UH180EH200TH250表2-3 磁性能参数单位及换算项目单位换算剩磁（Br）高斯（Gs）或mT、T1T=10KGs内禀矫顽力（Hcj）奥斯特（Oe）或A/m1KOe=79.6KA/m矫顽力（Hcb）奥斯特（Oe）或A/m最大磁能积（BH）max兆高奥（MGOe）或KJ/ m31MGOe=7.96KJ/m3环境条件的变化将引起磁性能两个方面的变化，一是磁畴结构变化引起的，被称为磁时效，磁时效是可逆的，当磁铁再一次磁化或充磁时又能恢复原来的磁性能；另一种是磁铁的显微组织变化引起的，称为组织时效，是不可逆的，当再一次充磁时，不能恢复原来的磁性能。2.2 永磁材料的温度稳定性表2-4 NdFeB材料温度稳定性参数Br 温度系数（%/）HCJ温度系数（%/）居里温度（）-0.08-0.12-0.42-0.70310380磁铁的剩磁B是随温度的升高而减小的，设B(T0)是永磁体的起始B，当温度变化到T1时，磁通B降低到B(T1)；当环境温度又恢复到T0时，一般情况下磁通不能恢复到B(T0)，而只能恢复到B(T0)15000612Gd2Fe14B0.8790.12097.850.92400661Tb2Fe14B0.8770.12057.930.715000639Dy2Fe14B0.8670.12018.020.715000592Ho2Fe14B0.8750.11998.050.97000576Er2Fe14B0.8740.11968.241.0/554Tm2Fe14B0.8740.11958.231.1800541Lu2Fe14B0.8700.11858.471.22600535Yb2Fe14B0.8770.12046.981.42600565注：La-57镧，Ce-58铈，Pr-59鐠，Nd-60钕，Pm-61钷，Sm-62钐，Eu-63铕，Gd-64钆，Tb-65铽，Dy-66镝，Ho-67钬，Er-68铒，Tm-69铥，Yb-70镱，Lu-71镥。4.4 工艺对化学性能的影响提高钕铁硼合金的抗腐蚀性除降低合金中氧含量外，常在永磁体表面涂或镀保护层如镀锌、镀镍、镀镍铜镍、烤漆、涂敷环氧树脂、铝离子喷镀、电泳漆、磷化、镀金、镀银、镀铬、氮化钛耐磨损涂层等，一般涂层厚度为1040m。不同涂层的抗腐蚀能力不同，环氧树脂涂层抗溶剂、抗冲击能力、抗盐雾腐蚀能力良好，电泳涂层抗溶剂、抗冲击能力良好，抗盐雾腐蚀能力极好，电镀有极好的抗溶剂、抗冲击能力，但抗盐雾能力较差，为增强图层防护能力，往往采用多种涂层的复合。表4-2列出了不同镀层工艺参数及对材料的影响。表4-2 不同镀层参数对比样品编号镀层种类生产周期镀层厚度耐盐雾性剪切强度minumhMPa1复合镀层11516.759613.98电镀镍铜镍9016.512845.78化学镀镍46016.6814431.582复合镀层16022.8436045.18电镀镍铜镍10521.134043.78化学镀镍60021.3824040.583复合镀层11516.9119246.23电镀镍铜镍9016.512845.78化学镀镍46016.6814431.58在镀Zn，Ni，环氧树脂，PARYLENE-C涂层几种方法中，高分子材料和环氧树脂涂层对磁体的保护作用最大,但是成本比较高,对施镀的环境和质量也有较高的要求。Ni涂层的成本比Zn涂层高,所以在一些没有太多腐蚀性介质的环境中,可以对NdFeB 磁体采取化学镀Zn的方式来加以保护,从而有效降低成本;对有些酸碱盐介质,如果浓度很小,则可以采用Ni涂层来保护磁体;如果酸碱盐的浓度比较大,则一定要采用高分子材料或者环氧树脂涂层.各种涂层对磁体的性能都有一定的影响。表中的B r为剩余磁通密度,可以看出高分子材料涂层使其降低了0. 09 T,而其他几种涂层影响较小。Hcj为内禀矫顽力,高分子和Ni涂层使其略有增长,其他两种涂层变化不大。最大磁能积(BH)max方面,Ni涂层使其增加了4.22 kJ /m3 ；Zn 涂层使其增加了0.46kJ /m3；高分子材料涂层使其减少了31.68 kJ /m3；环氧树脂涂层使其减少了12.66 kJ /m3。总的来说,Ni涂层和Zn涂层对磁体的性能影响较小,环氧树脂涂层和PARYLENE-C涂层对磁体的性能影响相对较大。这是因为Zn和Ni属于金属材料,本身导磁;而环氧树脂和PARYLENE 2C不导磁,但是由于其涂层很薄,所以影响不大。磁体涂覆涂层后抗腐蚀性能得到提高,但是不同的涂层提高的程度有所不同:其中PARYLENE 2C涂层对磁体的保护作用明显,环氧树脂和Ni涂层次之, Zn涂层的效果较差。涂层对磁体的磁性能在一定程度上都有影响。PARYLENE 2C高分子材料和环氧树脂涂层使磁体磁性能的某些指标有所减弱; Ni涂层和Zn涂层对磁体的磁性能影响不大。在生产中,应该根据使用环境成本等具体要求来选择适当的涂层。五、原材料矿产及工厂分布分析5.1 国内稀土矿产主要分布中国占世界稀土资源的41.36%，主要稀土矿有白云鄂博稀土矿、山东微山稀土矿、冕宁稀土矿、江西风化壳淋积型稀土矿、湖南褐钇铌矿和漫长海岸线上的海滨砂矿等等。我国稀土矿主要分为以内蒙古包头白云鄂博稀土矿为代表的混合型轻稀土矿、四川冕宁氟碳铈轻稀土矿和以南方中重离子稀土矿。以区域稀土资源为核心，中国稀土产业形成了三大基地和南北两大稀土生产体系的格局。三大基地：一是以包头混合型稀土为原料的北方稀土生产基地，分离能力约8万吨。二是以江西等南方七省的离子型稀土矿为原料的中重稀土生产基地，分离能力约 6 万吨。三是以四川冕宁氟碳铈为原料的氟碳饰矿生声墓地分离能力约 3 万吨。广西稀土矿产资源主要有独居石、磷钇矿、离子吸附型稀土矿和伴生在钛铁矿、锰矿和铝土矿中的伴生矿，储量在全国名列前茅。其中，离子吸附型稀土资源预测总量居全国第一位。到目前为止，广西稀土资源基本未开发，是全国稀土资源丰富的省区中唯一没有进行规模开发利用的地方。全球稀土资源的80%在我国，而国内的资源主要集中在内蒙和江西两地。我国稀土资源三大产地(包头、江西、四川)为了延伸发展烧结钕铁硼磁体产业链，目前都在大力发展金属钕(镨钕)的生产，正在形成垄断优势。国内外烧结钕铁硼磁体厂商为了获取原料也纷纷向稀土资源和产地靠拢。5.2 国外主要钕铁硼生产商分布目前,日本企业是全球高性能钕铁硼永磁材料行业的领先者,其中日立 NEOMAX 是全 球最大的高性能钕铁硼永磁材料生产厂商, 其研制出的磁能积为 59.5MGOe 的高性能钕铁硼永磁材料,是迄今国际公开报道的磁能积水平最高的烧结钕铁硼永磁体。日本TDK公司是全球磁性材料最全的企业。住友特殊金属公司是烧结钕铁硼永磁的专利拥有者和最大生产企业。德国VAC公司通过生产工艺的不断改进和新金属的不断采用, 研制出了磁能积为 56.7MGOe 的高性能钕铁硼永磁材料。日本爱普生公司将粘结钕铁硼工厂全部移到上海（上海爱普生磁性器件有限公司）。目前包括日本TDK、FDK、EPSON，荷兰PHILIP，美国MG公司等都已经或计划在中国建钕铁硼磁体、器件或终端应用工厂。日本昭和电工株式会社作为日本最大的永磁材料公司，2002年与包钢稀土高科技股份有限公司等合资成立了包头昭和稀土高科新材料有限公司。美国约有6家公司生产烧结钕铁硼永磁，坩埚公司第一，其它还有Vgimag、GM公司的Magnequench(粘结钕铁硼磁粉的主要供应厂商)、日立应用磁学和电子能量公司等。高性能钕铁硼永磁材料磁性能水平的高低很大程度上决定于产品的生产工艺. 传统的高性能钕铁硼永磁材料生产工艺以日本住友的干法工艺和日本日立的湿法工艺为代表, 此两种工艺可将产品的含氧量控制在2000PPM 左右.为进一步降低氧的含量,经过不断的改进, 合并后的 NEOMAX(2007 年日本日立和日本住友合并)开发出了低氧干法工艺,可将产品 的氧含量控制在 1,000-2,000PPM.目前,国内开发出的较为先进的生产工艺为烟台正海磁 性材料有限公司的无氧工艺,可将磁体中的氧含量控制在 100-900ppm 范围内,达到了世界领先水平。5.3 国内主要钕铁硼生产商分布自1990年以来，在我国逐渐形成了浙江、山西和京津三大钕铁硼磁体生产基地。随后，包头和烟台等地区的烧结钕铁硼磁体产业也取得快速发展，大有形成五大基地的趋势。浙江宁波已成为我国著名的“钕铁硼城”，除了有中科三环宁波科宁达公司外、还有宁波韵升高科磁业公司、宁波永久磁业有限公司、宁波招宝磁业有限公司、宁波金鸡钕铁硼强磁材料有限公司、等近20家钕铁硼磁体生产企业。其下属的慈溪市就有12家钕铁硼磁体生产厂，其中最大者为宁波合力磁材技术有限公司，年产能力达5000吨，全慈溪市产能超过10000吨。金华地区的浙江横店集团也是很有实力的钕铁硼生产企业，拥有东磁有限公司和浙江英洛华磁业公司。此外浙江还有杭州永磁集团（稀土永磁公司）、浙江升华强磁材料有限公司、浙江中科磁业有限公司、中国稀土永磁有限公司、浙江凯文磁钢、浙江中科迈高磁性材料有限公司等上规模生产企业。浙江2006年钕铁硼磁体实际产量超过3.7万吨（毛坯），占全国的50%以上。山西省的钕铁硼行业产量居全国第二，但生产较为分散，企业多达60多家，产能约占全国1/4。以前产品多为中低档，但近年来加快了技术进步。由于受到原料涨价和国内产业向稀土产地转移的影响，也不得不向高档产品发展。他们于2000年成立了山西省磁材联盟，并于2004年进而成立了山西省钕铁硼行业技术中心，通过联合发展提高竞争力。实力较强的有恒磁科技（集团）公司、山西英洛华磁业有限公司（太原刚玉）山西盂县磁材厂、山西金山磁材公司、山西京宇磁性材料有限公司、通力实业发展(香港)有限公司、万荣恒磁等。该地区2006年钕铁硼磁体产量达到1.5万吨（毛坯）。约占全国进20%。 山东烟台地区拥有烟台正海磁性材料有限公司和烟台首钢磁性材料股份有限公司，两家规模虽然都各有800吨，但都是从日本、德国和美国等地引进世界一流的生产和检测设备，技术精良，以生产高性能钕铁硼磁体为主。京津地区主要有中科三环下属的北京三环新材料高技术公司、北京高校创业股份有限公司、安泰科技股份有限公司、清华银纳公司、北京京磁技术公司、北京恒安泰达永磁材料有限公司、天津三环乐喜新材料有限公司、天津天和磁材集团、天津市津滨新材料工业有限公司等，合计产能达到10000吨，约