钕铁硼永磁材料
1. 结构
钕铁硼是以Nd2Fel4B 化合物为基相(简称2-14-1相) 的稀土永磁合金。Nd2Fel4B 化合物属四方晶系，晶体结构如图所示，空间群为P42／mnm ，稀土钕原子占据f 和g 晶位，硼占据g 晶位，铁占据c ，e ，j1，j2，k1和k2六种晶位。它具有很高的饱和磁化强度，其μ0Ms=1．61T ，理论上的最大磁能积[(BH)m]理论=516kJ／m3；又有很大的磁晶各向异性场，HA ≥5840kA ／m ，这是高矫顽力的主要来源，它的居里温度Tc=312℃。因此，它具有十分优异的永磁特性。在钕铁硼永磁合金中，Nd2Fel4B 相占总体积的90％以上，其他是富钕相、富硼相以及金属钕的氧化物如Nd2O3等。钕铁硼永磁合金也被称之为第三代稀土永磁合金。
钕铁硼合金的微结构主要由三个相组成。主相是Nd2Fel4B ，它是永磁性能的主要来源，晶粒呈多边形，一般占总体积的90％以上；其他是富钕相和富硼
相等。在烧结型磁体中，富硼相以孤立的块状或颗粒状存在，富钕相沿着晶界或晶界交隅处呈薄层状把主相晶粒包围住。另外，在交隅处还有些氧化物(如Nd2O3) ，α-Fe 和空洞等存在。烧结型磁体的磁硬化被认为是由反磁化畴的形核决定的。在快淬型磁体中，存在的相虽然与烧结的相同，但晶粒微细，约为10～100nm ，不存在氧化物和空洞等。一般认为快淬磁体的磁硬化起源于晶界对畴壁的钉扎。
钕铁硼合金的弱点是：(1)居里温度低，温度稳定性较差，只能在80℃以内使用。(2)钕铁硼合金极易氧化和被环境腐蚀。
2. 生产工艺
钕铁硼永磁合金的生产工艺主要有粉末冶金工艺、熔体快淬工艺，氢化(HDDR)工艺和粘结工艺。
(1)粉末冶金工艺。这是应用最普遍的一种，主要生产烧结磁体。其工艺过程为：合金在真空感应炉中熔炼后浇注成锭，然后破碎成5mm 以下的碎块，经过在保护介质中研磨(如采用气流磨或振动球磨等) 制成3～5μm 的细粉，随后在1．0～1．5T 的磁场下压结成坯，最后在烧结炉中于氩气保护下进行烧结和热处理。烧结温度在1100℃左右，保温1h ，然后在氩气中淬火冷至室温，再升至900～600℃进行回火处理。烧结后的磁体需经过修磨或电火花加工成一定的形状，经充磁、检测后即可作为元件使用。
（2）熔体快淬工艺。主要生产快淬磁体。具体过程为：在真空或氩气中将熔融的钕铁硼合金溶液喷射在一个高速旋转的水冷铜辊表面，它以大约106℃／s 的冷速冷却成为非晶或微晶状态的薄带(呈鳞片状) ，将薄带粉碎成粉末后再经过650℃左右热处理便可得到快淬磁粉，美国通用汽车公司将其称为MQ 磁粉。这种磁粉与树脂等粘结剂混合后压结成形，再经过烘干固化即成为MQ1磁体。将MQ 磁粉在650～750℃范围内，用一定压力压结成相对密度为100％的各向同性大块永磁体称热压磁体(MQ2磁体) ，如果热压磁体再经过热压缩变形或热挤压变形处理，由于在热变形过程中晶粒产生流变而导致择优取向，所得到的大块各向异性永磁体称热变形磁体(MQ3磁体) 。
(3)氢化(HDDR)工艺。主要生产HDDR 磁粉。具体工艺过程为：将钕铁硼合金铸锭(约3～5mm 粒度) 置于密闭耐压的容器中抽真空，然后向容器充入105Pa 的氢气，接着将容器加热至750～850℃保温2h 使合金歧化，随后在该温度下将容
器抽真空约1h ，即进行脱氢处理，最后再冷却至室温完成重组过程。具体反应式为
Nd 2Fe l4B+2．7H 2---->Nd2Fe l4BH 2.9(吸氢过程)
Nd 2Fe l4BH 2.9---->非常细的Fe ，NdH 2.2，Fe 2B 和Nd 2Fe l4B 的混合结构(歧化过程)
非常细的Fe ，NdH 2.2，Fe 2B 的混合结构生成Nd 2Fe l4B 晶核(脱氢过程)
由晶核长成Nd 2Fe l4B 细晶粒的钕铁硼合金(晶粒约0．3μm)(重组过程)
HDDR 工艺制备的粉具有Nd 2Fe l4B 相晶体结构，其晶粒尺寸约为0．3μm ，比
烧结磁体的晶粒小，接近合金的单畴尺寸，具有较高的矫顽力。每个粉末颗粒含有若干个细小的主相晶粒，具有无取向性，所以这种粉末为各向同性粉末。添加适当元素如铝、镓、锆、铪等组成多元的钕铁硼合金，采用HDDR 工艺，可在大颗粒的粉末中使其中的细小晶粒择优取向，从而可得到各向异性粉末。用HDDR 制得的粉可做成各向同性和各向异性粘结磁体，磁体的性能见粘结稀土永磁合金。