江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

人走茶凉|稀土永磁材料研究应用 我国应如何利用稀土储量世界第一的优势？

稀土永磁材料应用日益广泛 ， 已成为现代文明社会发展水平的重要标志 ， 对于“中国制造2025”的成功实施 ， 起到重要支撑作用 。 在目前已探明的稀土储量中 ， 我国储量居世界第一 ， 号称稀土王国 。 这为今后我国大力发展稀土永磁产业打下了坚实的基础 。 稀土永磁材料的出现对推动工业进步 ， 特别是电机工业、办公自动化等起到了积极的作用 。 [1]
01、稀土永磁材料的发展
稀土永磁材料是一类以稀土金属元素RE（Sm、Nd、Pr等）和过渡族金属元素TM（Fe、Co等）所形成的金属间化合物为基础的永磁材料 ， 利用稀土-过渡族金属间化合物发展的稀土永磁材料具有优异的永磁性能 ， 是当前矫顽力最高、磁能积最大的一类永磁材料 。 [2]20世纪40年代末出现了AlNiCo永磁 ， 50年代诞生了铁氧体永磁 ， 60年代研制出了第一代稀土永磁SmCo5 ， 70年代开发成功第二代稀土永磁Sm2Co17 ， 1983年日本住友特殊金属的佐川真人和美国通用汽车公司各自研发出钕铁硼永磁NdFeB ， 为第三代稀土永磁材料 。 第三代稀土永磁材料-钕铁硼（NdFeB）永磁材料因其优异的综合磁性能 ， 广泛应用于计算机、通讯信息、医疗、交通、音响设备办公自动化与家电等各种支柱产业与高新技术产业 。 自本世纪以来 ， 全球钕铁硼产业在中国的带动下持续放量增长 。 2002~2017十五年期间 ， 我国和全球烧结钕铁硼产量的年平均增长率分别为17.8%和14.5% ， 粘结钕铁硼产量的年平均增长率分别为10.1%和5.6% 。 [3]
02、稀土永磁材料的研究
2.1、稀土永磁材料的技术进步[4]2.1.1烧结钕铁硼近年来 ， 烧结钕铁硼技术一直在不断发展 ， 磁体的综合性能稳步提升 。 随着烧结钕铁硼在高性能电机中日益广泛的应用 ， 高磁能积且高工作温度的磁体成为研发的核心目标 。 另一方面 ， 为了提高稀土资源平衡利用水平、降低磁体成本 ， 高丰度磁体也成为具有中国特色的另一个重要研发目标 。 新技术主要是为了实现这些目标 。
①晶界扩散技术晶界扩散是指在磁体表面引入重稀土元素Dy或Tb ， 再经热处理使重稀土原子沿着晶界的液相扩散 ， 并置换主相晶粒表层中原有的Nd而形成(Nd ， Dy ， Tb)2Fe14B固溶体 ， 主相晶粒中央并没有受到太多影响 ， 因此在增强晶粒表层的磁晶各向异性场进而提高内禀矫顽力的同时 ， 对磁体的剩磁和最大磁能积并不产生太大影响 。 相比传统的合金化元素添加方法 ， 晶界扩散法可以用更低的Dy ， Tb重稀土用量获得高矫顽力磁体 。
②晶界调控技术晶界调控是另一种有效提升矫顽力的技术方案 。 通过配方和工艺的调整对晶界相进行调控 ， 有望降低晶界相的铁磁性或使其转变为非铁磁性 ， 从而起到更好地降低或去除晶粒之间磁性耦合的作用 ， 使内禀矫顽力在现有水平基础上进一步提高 。
③双主相技术自2011年稀土原材料价格巨幅波动以来 ， La ， Ce和混合稀土等又重新引起人们的关注 。 比较R2Fe14B的内禀磁性 ， 当R为高丰度的La ， Ce或Y时 ， 饱和磁化强度Ms、磁晶各向异性场Ha和居里温度Tc都低于Nd2Fe14B ， 因此采用常规的元素替代方法得到的磁体磁性不可避免会下降；另一方面 ， 当Ce替代Nd添加到Nd2Fe14B合金中时 ， Ce离子表现为+3和+4混合价态 ， 直接影响到烧结磁体的相组成及微结构 ， 损伤内禀矫顽力 。 但当采用特定方法时仍可以制备出可实用高丰度的烧结磁体 。
④晶粒细化技术细化晶粒是提高矫顽力的另一个重要途径 。 经Sepehri-Amin等的微磁学模拟 ， 减小晶粒尺寸可以减小散磁场 ， 即可以降低局部有效退磁因子Neff ， 从而提升内禀矫顽力Hej(Hej=αHa-NeffMs ， α为显微结构参数) 。 在细化晶粒方面做的工作包括减小速凝（SC）合金片的晶粒尺寸、采用氢化歧化（HDDR）结合氢破碎（HD）和气流磨（JM）制粉、气流磨磨粉方式改变或介质从氮气改为氦气、工艺过程的无氧/低氧控制、低温多场烧结等等 。 2.1.2粘结钕铁硼粘结稀土永磁材料是永磁材料领域不可或缺的一个分支 ， 粘结磁体具有磁性能一致性好、尺寸精度高、形状复杂、涡流损耗小、适合多极充磁（特别是多极充磁磁环）、易与金属/塑料零件一体成形等优点 ， 在精密电机和传感器中扮演着重要的角色 。 粘结稀土永磁材料以各向同性钕铁硼粘结磁体为主 ， 各向同性粘结钐铁氮磁体和各向异性粘结稀土磁体正在开发之中 。


推荐阅读


上一篇：ZAKER生活|广南21名医务人员从死亡边缘拉回来！，一男子不慎从三楼坠落

下一篇：深山野墺|一位军人救下12岁女孩，答应十年后娶她，现状如何，汶川地震中