稀土磁铁

主题涵盖

介绍

应用程序

汽车行业

其他应用程序

未来的应用程序

技术挑战

磁各向异性

HD过程

HD进程的优点

使用HD工艺生产永磁体

HDDR工艺

HDDR进程的优点

概括

介绍

稀土（RE）磁铁彻底改变了永磁体的性质和应用。它们提供了许多优点，与具有可比性量的传统磁体相比，通量大幅增加。

永磁体的性能指标是最大能量积(BH)。_最大限度- (BH)的值越大_最大限度，产生给定磁通量所需的磁体体积就越小。图1显示了三个磁体，磁石，锶铁氧体(SrFe)_12.0._19.）和NDFEB（ND₂菲_14.B)都发展相同的通量。BH的变化_最大限度在本世纪中，图2中示出了，表明基于SMCO的磁铁的出现存在戏剧性的升高_5.在六十年代中期。基于SM的磁铁开发，陡峭的上升继续₂（CO，FE，CU，ZR）_17.而且，最近，ND₂菲_14.B.现在可以购买ndfeb型磁铁(BH)_最大限度价值超过400小时^-3与旧的10小时相比^-3钢铁，马鞋型磁铁在本世纪初。然而，它仍然是一个“马匹的课程”和“每次流量”的问题，所以所有三种类型的稀土磁铁都仍然在生产中，以及alnico类型和更便宜但低于性能的锶铁氧体磁铁。

应用程序

即使在世界经济的日期下，磁铁生产的增长率也持续不减。烧结的NdFeB磁体表现出〜12％的目前的生长速率，而粘合的NdFeB磁体的生长速率超过20％。硬磁体的总值现在超过软磁体的总值，间隙变宽。为什么重新磁铁中的这种壮观的增长，特别是在NDFEB中？在某种程度上，它反映了PC的全球增长，大约60％的NDFEB磁铁生产进入光盘驱动应用，主要是VICOINOIL-MOTORS（VCM）。这绝不是整个故事，然而，稀土磁铁在汽车，电信，数据处理，消费电子，电子和仪表，天空和航空航天，生物电机，机器人和磁性等工业应用等行业中寻找使用分隔符到名称，但几个。其中许多能够进一步增长。特别有希望的区域是在医学中使用永磁体，并且可能主要用途可以是磁共振成像（MRI）系统。伺服和线性驱动器还构成了强大的增长领域，特别是在工业机器人中，需要高扭矩电动机。 Another strong influence on the growth of NdFeB-type magnets has been the huge expansion in the use of mobile phones, and NdFeB magnets are employed in significant amounts as isolators in microwave stations.

汽车行业

一般而言，永久磁铁比一般来说更重要，而且这可能是通过它们在机动车的日益增长的使用中最佳说明。在20世纪50年代早期，一辆汽车只有一块磁铁，在车速表上，而现代汽车可以有超过50个永磁体。目前这些几乎完全基于低成本SR-铁氧体（SRFE_12.0._19.）磁铁，NDFEB磁体的渗透到该区域需要显着降低成本。使用NDFEB磁体的潜在益处将显着降低体积和重量和提高效率。因此，税收制度受到低于C0的税收制度₂生产（由于全球变暖的压力）可以从根本上影响运输型应用中NDFEB磁体的成本效益。这可能是在未来使用这些磁铁的主要影响。

其他应用程序

在表1中总结了永磁体的许多和各种应用。

表格1。永磁磁铁的用途总结。

未来的应用程序

对全球变暖的日益关注有许多科学和技术的影响，其中一些受到NDFEB磁铁的影响。未来的申请可以包括他们在洗衣机，冰箱等的“白色商品”中更广泛的用途，以提高能效，从而降低C0₂排放。另一个主要用途可以是国内联合热量和电力（CHP）单位的发电机和清洁能源生产，如风车。然而，最大的潜力是在电动车辆（EVS）中，其可以是混合动力车辆或由电池形式的电力或燃料电池完全驱动。在过去的5年里，这一领域的兴趣和活动巨大增加，并像往常一样，日本人一直是首先以重大规模商业化这些车辆。丰田目前每月生产约4000辆混合动力车辆（普锐斯），该电动机采用NDFEB永磁电动机和Ni-Malid氢化物（也是Re合金）电池。全球各地的许多原型EV都雇用了NDFEB磁铁电机，这些车辆的商业生产将代表汽车行业所需的烧结NDFEB磁体量非常大幅上升。表1中给出了一种可能的生产预测。

技术挑战

与这些发展有很多有关的技术挑战，这些问题在长期延续时出现了注定，以更换内燃机。EVS所需的NDFEB磁铁需要能够操作高达约180°C的最高温度，并且该目前需要大量的镝（Dy）取代钕（Nd）。这导致磁铁和Dy成本的大幅增加比ND更少，所以如果无法找到有效的替代品，最终将是资源问题。这只是与这些材料相关的许多科学/技术挑战之一。欧洲杯足球竞彩另一种是需要改善可能是非常攻击性环境的耐腐蚀性。原型全电动车如图3所示。

磁性ani.各向主

锶铁氧体的性质和再磁体的性质取决于单轴磁镀晶各向异性的现象。这意味着它们具有具有独特轴的晶体结构，其与易磁化轴相对应。在ND的情况下₂菲_14.B，复杂四边形结构的C轴，是易磁轴的轴线，这意味着通过施加磁场，该相的细，单晶粉末可以沿着C轴对准。这允许生产对准的细粒，完全密集的压块，当沿着C轴的磁脉冲（〜4t）完全磁化并且表现出非常高的去除性（即，它具有高矫顽力）。

矫顽力与晶粒尺寸、取向等因素有关，某些显微组织参数可显著降低矫顽力。全致密烧结磁体的生产工艺旨在生产一种排列整齐、均匀的细晶粒结构，具有低密度的退磁部位。后者可以通过液相烧结过程来实现，它可以平滑晶界。单个晶粒的磁隔离也可以提高矫顽力，抑制反向磁畴从一个晶粒向另一个晶粒的传播。

HD过程

在伯明翰（英国）的工作表明，在完全致密的烧结NDFEB型磁体的生产中可以非常有效地使用氢气。该过程称为氢折痕（HD）过程，图4.它依赖于散装合金（感应熔化）由铁磁基质阶段（ND）组成的事实₂菲_14.B和富nd的晶界共晶，在室温和< 1bar氢压下容易吸收氢。这导致了氢化钕的形成，随之而来的差动膨胀导致了块体材料的衰变。初始失效主要是沿晶失效，反应的放热特性导致合金升温，氢随后被基体相吸收形成Nd₂菲_14.BH._X解决方案。

HD过程的优点

HD-粉末非常易碎，可以容易地喷射到最终粉末尺寸，以产生完全密集的烧结磁体所需的几微米。HD工艺有许多优点，但主要是与常规材料相比的粉末的脆弱倍增。据估计，喷射磨机的容量可以通过使用HD-粉末增加4倍，这代表了非常显着的经济和环境优势。在该阶段，可以通过适当的粉末混合调节磁体的组成。

使用HD工艺生产永磁体

然后在压实之前在磁场中在磁场中对齐细，以形成对准的“绿色块”，其致密〜50％。HD-Process的另一个有趣和有用的特征是，与传统粉末不同，这些压块不表现出任何矫顽力，因此易于处理。氢仍然包含在压块内，而是在随后的真空烧结操作期间完全除去。可以监测氢气的损失，并且解吸过程的各个阶段如图5所示。一旦氢气完全解吸，就富含Nd的材料熔体和液相烧结在约1000℃下实现。必须仔细控制烧结温度和时间以避免过量的晶粒生长，这会降低磁性，特别是矫顽力。除了烧结过程中体积的正常降低之外，还存在各向异性收缩，并且通常需要大量加工来实现最终尺寸。这些是坚硬且脆性的材料，通常通过无心的研磨来实现尺寸变欧洲杯足球竞彩化。废料不是再循环的，并且加工代表磁体成本的显着分数。生产网络形状磁铁有强大的环境和经济论点，这是在伯明翰网格制造实验室中进行的研究和开发计划的一个方面的主题。

具有最佳性能的磁体通过磁性脉冲和冷等静压的过程来实现，然后进行烧结。然而，这是批处理过程，因此不适合大规模制造。在日本开发了一种折衷技术，称为橡胶等静压，裂口的不幸首字母缩略词。这是单轴和等静压之间的横向压力。通过使用磁性冲头，将粉末压制在橡胶模具中，粉末的更好的粉末对准，与标准的单轴压制相比。这表明在（BH）的大大提高值中_最大限度．

NDFEB型磁铁中的趋势升高（BH）_最大限度值朝着可能的最大值约为450kJ.m^-3．实现这些高值(>400 kJ.m^-3）需要与靠近化学计量的组合物的合金（ND₂菲_14.b）。问题是这种相位通过之间的包层形成α.-Fe和液体使，在正常，铸锭中存在大量的树突式游离铁。为了避免这个问题，采用“剥离铸件”的过程来产生一个α.在HD-Process之前的无需材料。条带铸造材料快速冷却，具有常规粒度，具有富含Nd的材料的均匀分布。由于后者量有限，必须非常仔细地控制氧含量以保持足够的液相以在烧结上实现全密度。这需要高水平的过程工程。

HDDR工艺

这不是氢故事的结束。氢也用于氢化歧化解吸和重组（HDDR）方法，图6.与更直的HD-过程不同，HDDR路径涉及将散装合金加热到约1巴的氢气至约800℃。如前所述，第一阶段是由于氢的初始吸收而导致合金的衰退。

但是，在〜700°C，ND₂菲_14.B基质相位不定，根据反应：

n₂菲_14.B +（2±x）h₂⇔2NDH._2±x+ 12FE + FE₂B +δ.H

x的特定值取决于压强和温度。

这是一种放热反应，并且不成比例的合金由NDH的细棒的紧密混合物组成_2±X在一个α.有限元矩阵。的铁₂B相形孤立的颗粒。该反应的重要特征是它是完全可逆的，当施加真空时，氢气被解吸，原始ND₂菲_14.B阶段改革。HDDR方法的最重要方面是，从初始晶粒尺寸的初始晶粒尺寸的微观结构发生显着变化，以非常精细，均匀的粒度为约0.3μm，即减少500次。在磁化下，HDDR粉末表现出可观的矫顽力，这意味着，在其最简单的净形状形式中，粉末可以与热固性树脂混合，通过压缩成型来制备各向同性永磁体。改变起始材料的组成和加工条件也可以导致各向异性粉末的产生，磁性具有显着提高。

HDDR进程的优点

HDDR粉末的另一个很有前景的特性是它具有良好的热压特性，在750°C的惰性气氛下热压可以产生完全致密、接近净形状的各向同性磁铁。NetShape制造实验室正在对这种材料的热压和磁性特性进行研究，这可能是生产用于电机的全致密钕铁硼型磁铁的一种非常具有成本效益的方法。

HDDR工艺具有比仅生产NDFEB型磁铁的生产更广泛的可能性，并且日本的工作表明，它可以非常有效地使用，以基于化合物的Tial生产超细晶粒材料。然而，它不会普遍适用，因为基本的前提条件是特定化合物中的至少一个组分元素必须是稳定的氢化物以前（例如Nd或Ti）。

概括

为了提高RE磁体的性能和/或降低成本，RE磁体制造的工艺创新仍有相当大的潜力。在材料的氢处理的一般领域也有令人兴奋的可能性，因为氢可以对各种固态过程产生影响，而且因为需要避免C0欧洲杯足球竞彩₂生产。材料科学欧洲杯足球竞彩家和工程师将继续在这些挑战新的科学和技术领域发挥重要作用。欧洲杯线上买球

主要作者:Rex Harris教授、A.J. Williams博士

资料来源：材料世欧洲杯足球竞彩界，卷。7第8页第8页。1999年8月478-81。

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