3 提高烧结钕铁硼（NdFeB）的矫顽力的措施
3.1 从主配方方面提高钕铁硼（NdFeB）的矫顽力
NdFeB系永磁合金的相结构和磁结构决定了它的矫顽力。大量实践证明，NdFeB系永磁合金的显微组织主要由三个相（Nd2Fe14B相，富B相，富Nd相）组成。
⑴ 基体相Nd2Fe14B的晶粒呈多边形，具有四方结构，是唯一的永磁性相。它的体积百分比决定了NdFeB合金的磁性能。其体积百分数可由Nd2Fe14B化合物的磁极化强度Js与合金的磁极化强度的比值来估算。已知Nd2Fe14B的Js=1.61T，若合金的Js=μ0Ms=1.45T，则Nd2Fe14B的体积百分数约为90%，大部分Nd2Fe14B晶粒的晶体结构相当完整，很难观察到晶体缺陷与第二相沉淀，仅有极少数的Nd2Fe14B晶粒内部观察到α-Fe或Nd2O3或富Nd相沉淀。
⑵ 富B相以孤立块状或颗粒状存在，它是硼化物Nd1+0.1Fe4B4， 大部分富B相呈多边形存在于晶界交界处或Nd2Fe14B晶界上，常常是不同变态的亚稳定相，居里温度Qf=13K（误）。在NdFeB合金中，富B相的数量界于0～8%之间，希望它的体积百分数越小越好。对于Nd15Fe77B8合金，其富B相的体积百分数可用VB=0.182～0.134VA来估算，VB是Nd2Fe14B相的体积百分数。
⑶ 富Nd相沿晶界或晶界交界处分布，呈约200A（埃）厚的薄层状和少量块状把基相晶粒包围住，极少数成颗粒状弥散分布在基相晶粒内部。沿晶界分布的薄层状富Nd相，对NdFeB合金的磁硬化起重要作用。大量实验分析表明，富Nd相的成分很不均匀，可能存在Nd2FeB3富Nd相、共晶富Nd相以及其它尚不知道化学成分和晶体结构的富Nd相。富Nd相极易氧化，氧对这些富Nd相的存在起重要作用。富Nd相在NdFeB合金中的作用是：能助熔促进烧结，使磁体致密化，合金Br提高；二是富Nd相沿晶界分布，起到交换作用，分割隔离铁磁性相，有利于矫顽力的提高；三是易氧化，抗腐蚀性能差，对磁稳定性很不利。Nd15Fe77B8合金中富Nd相的体积百分数可用VNd=0.818～0.866VA式来估算。
根据以上综述在配方中适当的多增加Nd、B的含量可以有效的提高烧结钕铁硼的矫顽力。富Nd相沿晶界分布，起交换作用，分割隔离铁磁性相，有利于
矫顽力的提高；当B含量在6~7at%时，合金的Br、HCJ达到最佳值。 3.2 从添加剂方面提高钕铁硼（NdFeB）的矫顽力
为了进一步提高烧结钕铁硼（NdFeB）的磁性能，可以在NdFeB三元系中添加元素，从而形成与系列三元以上的（NdR）—（FeM1M2）—B系永磁材料。添加元素可以分为两种：取代元素和掺杂元素。这些元素可分为三类：第一类是低熔点金属（Al、Cu、Ga、Sn），它们形成晶间副相，从而改进湿润性和抗蚀性；第二类元素是难熔金属（Nb、V、Ti、Mo）它们在主相中形成脱溶物（大多数为硼化物），并产生畴壁钉轧；第三类元素是代换Nd2Fe14B中的Nd或Fe的，以改善内禀磁性（Tc、Js、HA）之一。最重要的第三类元素是其它稀土金属和Co。
第一类元素仅在晶界起有用的作用，但它们也能代换Nd2Fe14B相（简称φ相）中相当多的一部分Fe原子。这将破坏φ相中的内禀特性，因此，必须设法避免。为了增大φ相的各向异性，常添加第三类元素中的重稀土元素（如Tb、Dy）。重稀土元素的磁矩与Fe的磁矩是反铁磁偶合的，因此，用重稀土元素代换Nd会降低磁体的饱和磁极化强度。然而，与磁极化强度成反比的各向异性场则增大。反向畴的成核在退磁场大和各向异性小的地方开始。因为这样的位置是晶界的交汇点，所以大的各向异性仅在这些晶粒的外部（对提高成核场）是有用的，因此，重稀土元素代换Nd2Fe14B晶粒外部的Nd，会对矫顽力有与整个晶粒的均匀代换相似的作用。所需的大各向异性层的厚度由畴壁宽度δb给出，δb=√A/K1。式中A是交换常数，K1是一次各向异性常数。在Nd2Fe14B的情况下，δb=4.2nm。烧结磁体的晶粒尺寸约为10μm。因此，控制重稀土元素的分布，例如使它仅存在于晶界，高的矫顽力是可能达到的，仅以Br的微小损失为代价。
以下分别介绍取代与掺杂。
取代元素分为两种即取代Nd原子（R=Dy，Tb）和取代Fe原子（S1=Co，Ni，Cr），
其作用主要是提高主项的内禀特性，如各项异性场、居里温度，但软磁性Nd-（Fe，S1）相如Laves性Nd-（Fe，S1）2相的生成造成磁体的矫顽力和剩磁下降。参照元素的加入能够提高磁体的矫顽力，改善耐蚀性。参照元素以其对磁体微观结构的影响可以分为两类：M1（Cu，Al，Ge，Sn，Zn等）形成二元M1-Nd或三元M1-Fe-Nd相：M2（Nb，Mo，V，W，Zr，Ti等）形成二元M2-B或M2-Fe-B。
下面以取代Nd原子（R=Dy、Tb）为例
用电弧熔法制备母合金铸块。对于双合金粉磁体，起始成分是Nd14.2Fe78.6B7.2。将此合金真空退火24h，确保其均匀性，然后进行氢爆和球磨10h。与此同时，添加经均匀磁化处理、氢爆和磨细的DyGa合金粉，配合成（Nd0.142Fe0.786B0.072）100-0.56X、（DyGa）0.28X混合物。选择DyGa合金的原因是Dy/Ga原子比和高的熔点。用X线衍射检验为单相，而且90%的晶粒小于14μm。混合的合金粉在9T的磁场中定向，用2.6kPa的压力进行等静压，然后在适当的温度下烧结90min，以达到完全致密。当X=0时，烧结温度为1090℃；当X=3和5时，烧结温度为1120℃，烧结后的样品慢冷至室温。
表3-1 （Nd0.142Fe0.786B0.072）100-0.56X（DyGa）0.28X磁体的磁性能
X Js/T 测量值 Js/T 计算值 Ts＜640℃ HCJ（kA/m） Ts=690℃ 1：0 1：3 2：3 1：5 2：5 1.33 1.37 1.21 1.23 1.17 1.47 1.37 1.36 1.32 1.30 1.46 1.37 1.37 1.32 1.32 526 921 893 1091 1292 492 429 409 309 420 烧结后，（Nd-Fe-B）100-0.56X（DyGa）0.28X系列磁体在不同的温度下退火1h，对于没有添加DyGa的样品，其矫顽力与退火温度只有弱的关系，而对于X=3和5的双合金粉样品则观察到有很大的关系。在640℃以下退火的样品的矫顽力是在640℃以上退火的3倍。退火前的矫顽力与在640℃以上退火后的差不多。
发现矫顽力与退火历史没有关系。相同成分的单合金粉磁体具有形状相同的曲线。对于X=3，单合金粉磁体的矫顽力比双合金粉磁体的矫顽力稍高；对于X=5，则是双合金粉磁体稍高。
3.3 其他添加剂元素对矫顽力的影响
⑴ 镨（Pr）
Pr代换Nd对Nd17Fe75B8磁体磁性能的影响。如下图3-1所示，Pr能以任何比例代换Nd，然而，添加Pr到4at%时，会使Br从13kGs降为1.27kGs。进一步增加Pr含量不再改变Br值，相反，矫顽力随Pr代换Nd而提高，在X=16at%时，HCB=9.0kOe，且HCJ=10.2kOe。
图3-1 镨（Pr）取代对磁性能的影响图
⑵ 铝（Al）
铝原子没有磁矩，在300K每添加一个Al原子取代一个Fe原子，便使Nd2Fe14B化合物的磁矩下降5.6μB（波尔磁子），故使合金的Br和Qf下降。Al添加后使合金晶粒细化，同时使富Nd相和富B相的块度变小，其分布更加弥散，因而使合金的HCJ提高（见下图12），在添加Al的同时添加Co，在性能上相互补偿而制成综合性能较好的Nd-Fe-Al-B系永磁合金。
图13 铝（Al）取代对磁性能的影响
⑶ 铜（Cu）
添加Cu能够提高磁体矫顽力已经得到了共识，添加量必须合适。最近一些研究表明，添加少量的Cu（0.1%～0.5%摩尔分数）对烧结(Nd,Dy)-Fe-B的磁性能是有利的，特别是与Co复合添加时更为有效。成分为Nd16Fe76B8的铸锭，氢碎后，添加0.25%平均粒度在34μm的Cu粉，制成磁体，其矫顽力可以达到1040kA/m，剩磁1295mT，磁能积340kJ/m3，但Cu粉添加过量，会引起密度降低，进而使矫顽力及剩磁降低。
3.4 采用新工艺提高烧结钕铁硼（NdFeB）的矫顽力
为了获得高性能的烧结钕铁硼（NdFeB）永磁体的矫顽力，采用新技术、新工艺是一个行之有效的方法。在烧结钕铁硼生产过程中，主要问题是防止α—Fe相的析出和合金的氧化，难得到理想的显微组织。为了解决这几方面的问题，目前采用的是以下新工艺 3.4.1 铸锭均匀处理和片铸工艺
由于α—Fe相的析出增加了钢锭韧性，使初期制粉阶段粉末颗粒尺寸减小困难，并使磁取向变差，另外烧结坯局部的晶粒过大，影响了磁性能的提高，等温退火可以使铸锭中的α—Fe相明显减少。
片铸工艺可以获得无α—相析出、晶粒细小、结构均匀的钢锭，使矫顽力得以提高。该工艺是将熔融液体倾倒或喷射在旋转水冷金属辊的表面，然后甩出，得到厚度为0.3mm左右的薄片铸锭。片铸工艺与熔淬工艺相识，唯一的区别是金属棍的速度不同块淬工艺辊面线速度达到30m/s，而片铸工艺只有1～3m/s。其特点在于以下几方面。
⑴ 在稀土含量较低时避免大量的α—Fe相析出，为生产高矫顽力磁体创造了条件。
⑵ 均匀的微结构和丛分大的富稀土相片层间距（约3μm），在制粉是，使柱状Nd2Fe14B晶粒在片层间形成单晶粉末颗粒
⑶ 富Nd相的弥散分布使烧结期间液相趋于理想分布，有利于磁体密度和