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你确定了解稀土永磁粉体材料?

日期: 2020-10-16
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来源:东方财富网

在由SMM举办的2020中国稀土永磁产业市场应用发展论坛上,包头稀土研究院教授娄树普带来了主题为“稀土永磁粉体研究及应用技术开发”的演讲,他的讲话主要围绕稀土永磁粉体材料现状及发展趋势、永磁粉体的制备及检测以及稀土功能粉体材料的开发这三方面展开。

粉体材料现状及发展趋势

粉体简介

粉体是物质存在的一种普遍形式,是由一定尺寸颗粒组成的集合体。颗粒的大小、形貌结构与表面状态的量变可以导致粉体宏观特性的质变。

粉体工程学科的发展与其它学科交融,形成了超细粉碎、精密分级、高度均化、分散、复合包覆、改性改质、干燥、烧结成型、储存、包装、输送、纳米粉体合成与应用、粉体性能检测等操作单元、合成工艺或集成技术。

粉体表面改性是指采用物理或化学方法对粉体的组成颗粒进行表面处理,根据应用的需要有目的地改变其表面物理化学性质、表面形态与结构的工艺 。表面改性也称为表面改质或表面修饰。

粉体材料的表面改性技术是调控材料性能 、拓展应用领域和提高使用价值的重要方法。

粉体的主要特性

粒度:颗粒大小:通常用直径表示。不规则颗粒用等效半径;粒度分布:不同大小颗粒占的百分比;颗粒形状:颗粒形状表示粉体颗粒的几何形状,常用的颗粒形状有球形、片形、针形、柱形等。

流动性:流动性指粉体的流动能力。

填充特性:填充特性是粉体成形的基础。由于粉体的形状不规则、表面粗糙,使堆积起来的粉体颗粒间存在大量空隙。

影响粉体流动性的因素

由于颗粒间相互作用力的滞后特性,粉体的堆积状态多种多样。粉体的流动性及堆积行为的研究是粉体工程的基础,是联系粉体材料性质与许多关于粉体技术的单元操作的纽带,比如粉体储存、给料、输送、运输、混合等。

粉体之所以流动,其本质是粉体中粒子受力的不平衡,对粒子受力分析可知,粒子的作用力有重力、颗粒间的黏附力、摩擦力、静电力等,对粉体流动影响最大的是重力和颗粒间的黏附力。

具体到相关参数,则包括颗粒的种类、平均粒度、粒度分布、湿含量、颗粒形状、比表面积、密度、存储时间和颗粒间相互作用等。

稀土永磁粉体的现状

稀土永磁是稀土产业中产值最大,具有战略地位的产业。稀土永磁粉体制造及成型工艺是国内钕铁硼产业中最薄弱环节,与国外有很大差距。

在稀土永磁粉体制造工艺方面研究还是相对落后,由于粉体流动性的差距,造成了目前国内磁体制造过程中还需要等静压工序,一次成型技术没有解决;

烧结过程中磁体收缩比随粉体性能变化而不同,在磁体成品制作过程中,增加造成大量的后加工,降低了稀土材料收率。

粉体与成型工艺及粉体标准化制约了国内钕铁硼企业智能制造发展,又是钕铁硼行业创新点和技术进步关键点。

稀土永磁发展趋势

粉体材料是功能材料制备过程中必不可少的中间基础材料,粉体材料包括超细粉碎、精密分级、高度均化、分散、复合包覆、改性改质、干燥、粉体性能检测评价、储存、包装、输送等技术单元,将粉体材料各单元对应的共性关键技术应用到稀土永磁行业,可优化磁性材料粉体的粒度分布,改善粉体的流动性,进而减少或优化钕铁硼材料的制备环节,提升磁性材料性能、质量和一致性。

目前在纳米稀土材料,稀土永磁超细合金粉方面国内外已经开展了很多研究工作,特别是稀土永磁行业中,超细永磁粉体已成为降低重稀土及高丰度稀土综合利用的主要创新点。

稀土超细粉既是一种新材料,又可以作为制备新材料的原料,具有优良的新材料综合特性、应用前景巨大。

Nd-Fe-B原料合金作为磁粉制备的前驱体,其晶粒尺寸和形貌会影响后续磁粉的细化传统的研究集中在以速凝合金为初始合金的基础上,为进一步细化烧结磁体的品粒,佐川真人及其研究团队利用前期开发的氦气气流磨技术,以亚微米结构的氢化-歧化-脱氢-再复合(HDDR)磁粉为初始合金,获得了平均直径为500nm甚至更小的单品磁粉颗粒。成功获得 Br=l3.39kGs,Hcj20.98k0c,(BH)max=43.62MGOe 的无重稀土高矫顽力烧结磁体。

在降低晶粒尺寸方面的科研工作,还产生了一种新型纳米形态,即交换耦合纳米复合永磁材料,其中包括硬磁相和软磁相。中科院刘平教授在其20多年的磁学和磁性材料研究中,取得了多项重要研究成果,在国际上首次采用“bottom-up”工艺路线合成纳米晶复合永磁材料;并澄清了软磁性相和界面对磁性·交换耦合的影响,提出了梯度界面纳米复合材料的概念;发明了盐浴退火和活性剂辅助高能球磨技术制备纳米颗粒技术,受到国际同行的广泛关注。

在丰田的新磁铁中,丰田选择使用更便宜的镧和铈来代替钕和镝。当然,同样作为稀土元素的镧和铈的主要产地也是中国,所以这并不能解决上游供应链独霸的问题。为了降低钕的含量,丰田采取了多种手段。简单的将磁铁中的钕替换为镧和铈并不现实,因为这将产生一块矫顽力和耐热性都不高的劣质磁铁,意味着电机的性能也会无法保证。因此,丰田的新磁铁把所有的镧和铈颗粒都固定在内核中,然后再用一层钕把内核包起来。此外,丰田还降低了所有金属颗粒的大小。据研究显示,降低稀土磁铁组件的大小可以有效地提高磁铁存储的磁能。不过这也足以降低电机的成本。



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