永磁體是否具有實(shí)用性可根據(jù)其剩磁、內(nèi)稟矯頑力及最大磁能積三個(gè)參數(shù)及其在外界條件下的穩(wěn)定性來(lái)衡量。最大磁能積體現(xiàn)永磁體提供靜磁場(chǎng)能量的能力，在滿(mǎn)足同樣空間范圍的相同磁場(chǎng)值時(shí)，最大磁能積越大則材料使用量越少。剩磁越大，則永磁體向空間提供的磁場(chǎng)強(qiáng)度就越大。內(nèi)稟矯頑力大的材料，抗外界干擾能力強(qiáng)?？v觀永磁體的發(fā)展史，實(shí)際上是一個(gè)追求更高磁性能的過(guò)程。

? ? ? ? 絕大多數(shù)稀土元素均能夠與Fe和B共同形成RE₂Fe₁₄B化合物，而Nd₂Fe₁₄B在其中具有最高的飽和磁極化強(qiáng)度及具備功能性的磁晶各向異性場(chǎng)。除此之外，Nd元素在地殼中儲(chǔ)量較為豐富，能夠保證供應(yīng)鏈穩(wěn)定性及成本優(yōu)勢(shì)。

大量的材料顯微結(jié)構(gòu)觀察顯示：燒結(jié)釹鐵硼磁體中存在六種相。Nd₂Fe₁₄B主相和富釹相對(duì)于磁體性能具有最直接影響故而被熟知。Nd₂Fe₁₄B主相是燒結(jié)釹鐵硼磁體中唯一硬磁相，其體積分?jǐn)?shù)決定磁體剩磁及最大磁能積的大小。富Nd相對(duì)燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁硬化起著至關(guān)重要的作用，其成分、結(jié)構(gòu)、分布和形貌對(duì)于工藝參數(shù)十分敏感。富Nd相硬應(yīng)盡可能呈層狀結(jié)構(gòu)，并沿晶界連續(xù)分布。

燒結(jié)釹鐵硼磁體矯頑力提升途徑

? ? ? ? 風(fēng)電、新能源汽車(chē)、節(jié)能家電及趨于小型化和輕質(zhì)化的移動(dòng)智能終端均要求燒結(jié)釹鐵硼磁體不但具備高磁能積，還需要具備更高的內(nèi)稟矯頑力，即雙高磁體。燒結(jié)釹鐵硼的內(nèi)稟矯頑力主要由磁體組織和成分決定。組織優(yōu)化的主要途徑包括細(xì)化晶粒尺寸及改善富釹相分布展開(kāi)。成分優(yōu)化是通過(guò)添加其他元素提升主相磁晶各向異性場(chǎng)。燒結(jié)釹鐵硼磁體的內(nèi)稟矯頑力與主相磁晶各向異性場(chǎng)成正比。Dy₂Fe₁₄B和Tb₂Fe₁₄B的磁晶各向異性場(chǎng)顯著高于Nd₂Fe₁₄B。因此，添加少量Dy及Tb取代主相晶格中的Nd，可形成具有更高磁晶各向異性場(chǎng)和內(nèi)稟矯頑力的(Nd, Dy)₂Fe₁₄B及(Nd, Tb)₂Fe₁₄B。常用的重稀土元素添加方案包括傳統(tǒng)的熔煉合金化工藝、晶界改性工藝及晶界擴(kuò)散工藝。

熔煉合金化工藝

熔煉合金化工藝是按照一定比例將重稀土元素Dy和Tb添加至磁體成分中，經(jīng)熔煉后，所有元素實(shí)現(xiàn)成分均勻化，重稀土元素在主相晶粒中呈均勻分布，形成具有更高內(nèi)稟矯頑力的(Nd, Dy)₂Fe₁₄B及(Nd, Tb)₂Fe₁₄B。燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力機(jī)制指出，反磁化疇主要在主相表面缺陷位置形核和長(zhǎng)大。而對(duì)于熔煉合金化工藝來(lái)說(shuō)，重稀土元素在主相晶粒中均勻分布一方面將引起鐵原子與重稀土原子間的反鐵磁耦合，導(dǎo)致磁體剩磁及最大磁能積的降低，同時(shí)大幅度增加生產(chǎn)成本并消耗重稀土資源。

晶界改性工藝

為提升重稀土元素利用率，晶界改性工藝應(yīng)運(yùn)而生。分別制備主合金及富重稀土輔合金，按照一定比例混合后進(jìn)行成型、燒結(jié)。在燒結(jié)過(guò)程中，重稀土元素Dy、Tb將擴(kuò)散入主相晶粒，并在主相晶界位置形成(Nd, Dy)₂Fe₁₄B及(Nd, Tb)₂Fe₁₄B磁硬化層，減少反磁化疇形核。即便晶界改性工藝顯著提升了重稀土元素利用率，但重稀土元素依舊不可避免地進(jìn)入了主相晶粒內(nèi)部，并引起磁稀釋效應(yīng)。事實(shí)上，晶界改性工藝對(duì)后續(xù)晶界擴(kuò)散工藝具有啟發(fā)意義。

晶界擴(kuò)散工藝

晶界擴(kuò)散工藝是指在磁體表面引入重稀土元素Dy、Tb的膜層后，于富釹相熔點(diǎn)以上進(jìn)行高溫真空熱處理，使重稀土原子沿晶界液相擴(kuò)散至磁體內(nèi)部，病于主相晶粒外部表層進(jìn)行(Nd, Dy, Tb)₂Fe₁₄B殼層結(jié)構(gòu)，增加主相磁晶各向異性場(chǎng)，并使晶界相變得連續(xù)、平直，減弱主相間的磁交換耦合作用。晶界擴(kuò)散工藝最突出的優(yōu)點(diǎn)是提升內(nèi)稟矯頑力的同時(shí)，剩磁和最大磁能積基本保持不變。晶界擴(kuò)散工藝既適用于常規(guī)高矯頑力磁體的降本，亦可制備傳統(tǒng)合金化工藝無(wú)法生產(chǎn)的N54SH及N52UH等雙高磁體新牌號(hào)。

晶界擴(kuò)散處理通常在磁體機(jī)加工后進(jìn)行。重稀土元素膜層可通過(guò)噴涂、物理氣相沉積、電泳及熱蒸發(fā)等工藝獲得。

晶界擴(kuò)散工藝局限性

晶界擴(kuò)散工藝適用性受磁體厚度制約，內(nèi)稟矯頑力提升效果隨磁體厚度增加而降低。提高擴(kuò)散溫度或延長(zhǎng)擴(kuò)散時(shí)間均可增加重稀土元素?cái)U(kuò)散深度及濃度，提升富重稀土殼層結(jié)構(gòu)的體積分?jǐn)?shù)。但是，過(guò)高的擴(kuò)散溫度及過(guò)長(zhǎng)的擴(kuò)散時(shí)間將造成主相晶粒長(zhǎng)大，同時(shí)，富釹相的相結(jié)構(gòu)及分布也隨之發(fā)生變化。

晶界擴(kuò)散磁體磁性能

牌號(hào)	剩磁 Br		磁感矯頑力 (Hcb)		內(nèi)稟矯頑力 (Hcj)	最大磁能積 (BH)max		溫度系數(shù)		最高工作溫度 Tw
	典型值 (kGs / T)	最小值 (kGs / T)	典型值 (kOe / kA/m)	最小值 (kOe / kA/m)	最小值 (kOe / kA/m)	典型值 (MGOe / kJ/m3)	最小值 (MGOe / kJ/m3)	剩磁 (%/℃)	內(nèi)稟矯頑力 (%/℃)	℃
G54H	14.7 / 1.47	14.5 / 1.45	14.3 / 1136	13.9 / 1109	17.0 /?1353	54.0 / 430	52.0 / 414	0.11	0.55	120
G52H	14.4 / 1.44	14.3 / 1.43	14.0 / 1113	13.7 / 1090	17.0 / 1353	52.0 / 414	50.0 / 398	0.11	0.55	120
G54SH	14.7 / 1.47	14.5 / 1.45	14.3 / 1.43	13.9 / 1109	20.0 / 1592	54.0 / 430	52.0 / 414	0.11	0.50	150
G52SH	14.4 / 1.44	14.3 / 1.43	14.0 / 1113	13.7 / 1090	20.0 / 1592	52.0 / 414	50.0 / 398	0.11	0.50	150
G50SH	14.2 / 1.42	14.0 / 1.40	13.8 / 1097	13.5 / 1071	20.0 / 1592	50.0 / 398	48.0 / 382	0.11	0.50	150
G48SH	13.9 / 1.39	13.7 / 1.37	13.5 / 1074	13.2 / 1048	20.0 / 1592	48.0 / 382	46.0 / 366	0.11	0.50	150
G45SH	13.5 / 1.35	13.3 / 13.3	13.1 / 1043	12.8 / 1018	20.0 / 1592	45.0 / 358	43.0 / 342	0.11	0.55	150
G52UH	14.4 / 1.44	14.3 / 1.43	14.0 / 1113	13.7 / 1090	25.0 / 1990	52.0 / 414	50.0 / 398	0.11	0.50	180
G50UH	14.2 / 1.42	14.0 / 1.40	13.8 / 1097	13.5 / 1071	25.0 / 1990	50.0 / 398	48.0 / 382	0.11	0.50	180
G48UH	13.9 / 1.39	13.7 / 1.37	13.5 / 1074	13.2 / 1048	25.0 / 1990	48.0 / 382	46.0 / 366	0.11	0.50	180
G45UH	13.5 / 1.35	13.3 / 1.33	13.1 / 1043	12.8 / 1018	25.0 / 1990	45.0 / 358	43.0 / 342	0.11	0.50	180
G42UH	13.1 / 1.31	12.9 / 1.29	12.7 / 1012	12.4 / 987	25.0 / 1990	42.0 / 334	40.0 / 318	0.11	0.50	180
G40UH	12.8 / 1.28	12.6 / 1.26	12.4 / 989	12.1 / 964	25.0 / 1990	40.0 / 318	38.0 / 303	0.11	0.50	180
G48EH	13.9 / 1.39	13.7 / 1.37	13.5 / 1074	13.2 / 1048	30.0 / 2389	48.0 / 382	46.0 / 366	0.11	0.50	200
G45EH	13.0 / 1.39	13.3 / 1.33	13.1 / 1043	12.8 / 1018	30.0 / 2389	45.0 / 358	43.0 / 342	0.11	0.50	200
G42EH	13.1 / 1.31	12.9 / 1.29	12.7 / 1012	12.2 / 987	30.0 / 2389	42.0 / 334	40.0 / 318	0.11	0.50	200
G40EH	12.8 / 1.28	12.6 / 1.26	12.4 / 989	12.1 / 964	30.0 / 2389	40.0 / 318	38.0 / 303	0.11	0.50	200
G38EH	12.5 / 1.25	12.3 / 1.23	12.1 / 966	11.8 / 941	30.0 / 2389	38.0 / 302	36.0 / 287	0.11	0.50	200
G35EH	12.0 / 1.20	11.8 / 1.18	11.7 / 927	11.3 / 903	30.0 / 2389	35.0 / 279	33.0 / 263	0.11	0.50	200
G45AH	13.5 / 1.35	13.3 / 1.33	13.1 / 1043	12.8 / 1018	35.0 / 2787	45.0 / 358	43.0 / 342	0.11	0.50	220
G42AH	13.1 / 1.31	12.9 / 1.29	12.7 / 1012	12.4 / 987	35.0 / 2787	42.0 / 334	40.0 / 318	0.11	0.50	220
G40AH	12.8 / 1.28	12.6 / 1.26	12.4 / 989	12.1 / 964	35.0 / 2787	40.0 / 318	38.0 / 303	0.11	0.50	220
G38AH	12.5 / 1.25	12.3 / 1.23	12.1 / 966	11.8 / 941	35.0 / 2787	38.0 / 302	36.0 / 287	0.11	0.50	220
G35AH	12.0 / 1.20	11.8 / 1.18	11.7 / 927	11.3 / 903	35.0 / 2787	35.0 / 279	33.0 / 263	0.11	0.50	220
G33AH	11.6/ 1.16	11.4 / 1.14	11.3 / 986	11.0 / 872	35.0 / 2782	33.0 / 263	31.0 / 247	0.11	0.50	220
G30AH	11.0 / 1.10	10.8 / 1.08	10.7 / 850	10.4 / 826	35.0 / 2787	30.0 / 239	28.0 / 223	0.11	0.50	220
* 上表中磁性能數(shù)據(jù)基于室溫測(cè)量。 * 磁體最高工作溫度同時(shí)受長(zhǎng)徑比、鍍層厚度和其他環(huán)境因素共同影響。