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。 永磁体的一个优点是最大能量积(BH)。马克斯- (BH)值越大马克斯，产生给定磁通量所需的磁铁体积就越小。如图1所示，三种磁体，磁石，锶铁氧体(SrFe)12.0.19.）和NDFEB（ND2菲14.所有的都发展出相同的通量。(BH)的变化马克斯如图2所示，这表明，随着SmCo磁体的出现，出现了戏剧性的增长5.在六十年代中期。基于SM的磁铁开发，陡峭的上升继续2(公司、铁、铜、锆)17.而且，最近，ND2菲14.B.现在可以购买带有(BH) ndfeb型磁铁了马克斯值大于400kj .m－3与旧的10kj.m相比－3钢铁，马蹄形磁铁在本世纪初。然而，这仍然是一个“球场上的马”和“每通量的钱”的问题，所以所有三种类型的稀土磁体仍然在生产，还有AlNiCo类型和更便宜但性能较低的锶铁氧体磁体。
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图1。磁石、锶铁氧体和钕铁硼型磁体的大小比较，均产生相同的磁能。 |
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图2。高(BH)演化马克斯永磁体。 |
应用程序即使在当前世界经济低迷的情况下，稀土磁体生产的增长率也丝毫未减。烧结钕铁硼磁体的电流生长速率为~12%，而烧结钕铁硼磁体的电流生长速率超过20%。现在硬磁体的总价值超过了软磁体的总价值，而且差距正在扩大。为什么稀土磁体，尤其是钕铁硼，有如此惊人的增长?从某种程度上说，这反映了全球个人电脑的增长，因为大约60%的钕铁硼磁体生产用于磁盘驱动器，主要是音圈电机(VCMs)。这绝不是整个故事,然而与稀土磁铁发现使用在行业,如汽车、电信、数据处理、消费电子产品、电子、仪器仪表、航天的航空航天,biosurgical和工业应用,如直流电机、机器人技术和磁分离器等等,不一而足。其中许多国家有能力实现进一步的大幅增长。一个特别有前景的领域是在医学上使用永磁体，一个潜在的主要用途可能是磁共振成像(MRI)系统。伺服和线性驱动也构成了强劲的增长领域，特别是在工业机器人，需要高性能，高扭矩电机。对钕铁硼型磁体增长的另一个强大影响是手机使用的巨大扩大，而钕铁硼磁体在微波站中被大量用作隔离器。 汽车工业一般而言，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（SRFE12.0.19.)磁体，而钕铁硼磁体在该区域的渗透将需要显著降低成本。使用钕铁硼磁体的潜在好处是可以显著减少体积和重量，并提高效率。因此，有利于低C0的税收制度2生产(由于全球变暖的压力)可能从根本上影响钕铁硼磁体在运输型应用中的成本效益。这可能会对这些磁铁在未来的使用产生重大影响。 其他应用程序表1概述了永磁体的许多不同用途中的一些。 表1。永磁磁铁的用途总结。
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汽车 |
起动电机，防抱死制动系统，刮水器，喷射泵，风扇和控制器，座椅等，扬声器，扬声器，涡流制动器，交流发电机，速度计。 |
电信 |
扬声器，麦克风，电话铃声，电声拾音器，开关和继电器。 |
数据处理 |
磁盘驱动器和执行器，步进电机，打印机。 |
消费电子产品 |
DC电机用于淋浴，洗衣机，钻孔，柑橘，刀具，食品搅拌机，CAN开罐器，发饰器等，低压DC驱动器，用于无绳电器，例如钻头，套道，电锯，用于橱柜或门的磁锁，电视扬声器和音频，电视校正和聚焦设备，CD驱动器，录像机，计算机，电时钟，模拟手表。 |
工业 |
磁性工具用直流电机，机器人，提取金属和矿石用磁选机，磁性轴承，伺服电机驱动器，起重设备，制动器和离合器，仪表和测量设备。app亚博体育 |
电子和仪表 |
传感器，无触点开关，核磁共振光谱仪，电能表盘，机电传感器，交叉场管，通量转移跳闸装置，阻尼器。 |
阿斯特罗和航空航天 |
无摩擦轴承，步进电机，联轴器，仪表，行波管，自动罗盘。 |
Biosurgical |
假牙，骨科，伤口闭包，胃密封，排斥项圈，铁磁性探针，癌细胞分离器，磁表户人造心，MRI扫描仪。 |
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上的影响，其中一些影响到钕铁硼磁铁的使用。未来的应用可能包括在洗衣机、冰箱等“白色家电”中更广泛的使用，以提高能源效率，从而降低碳排放2排放。另一个主要用途可能是家用热电联产(CHP)机组的发电机和清洁能源生产，如风车。然而，最大的潜力是电动汽车(ev)，它可能是混合动力汽车，或完全由电池或燃料电池形式的电力驱动。在过去的5年里，人们对这一领域的兴趣和活动都有了巨大的增长，像往常一样，日本人是第一个大规模将这些汽车商业化的国家。丰田目前每月生产约4000辆混合动力汽车(普锐斯)，采用钕铁硼永磁电机和镍金属氢化物(亦为稀土合金)电池。世界各地的许多原型电动汽车都采用了钕铁硼磁铁电机，这些汽车的商业化生产将大幅增加汽车行业所需的烧结钕铁硼磁铁的数量。表1给出了一种可能的产量预测。
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使用PM电机的电动汽车百分比(%) |
5. |
25. |
50 |
80 |
NDFEB / CAR（kg）的平均重量 |
2 |
1.75 |
1．5 |
1．25 |
钕铁硼总重量(吨) |
2．3 |
97 |
665 |
3400. |
假定价格:NdFeB/kg ($/kg) |
150 |
One hundred. |
75 |
50 |
NdFeB净值(百万美元) |
0．35 |
9．7 |
50 |
170 |
技术挑战
从长远来看，与这些发展相关的许多技术挑战似乎注定要取代内燃机。电动汽车所需的NdFeB磁铁需要能够工作到最高温度~180°C，这目前需要大量的镝(Dy)替代钕(Nd)。这导致磁铁的成本大幅增加，而且Dy比Nd少得多，如果找不到有效的替代品，最终会出现资源问题。这只是与这些材料相关的众多科学/技术挑战之一。亚博网站下载另一个是需要在非常恶劣的环境中提高抗腐蚀能力。全电动汽车的原型如图3所示。
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图3。原型电动汽车(EV)。 |
磁Ani向同性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是复杂四方结构的c轴，是容易磁化的轴，这意味着该相的细单晶粉末在磁场的作用下可以沿c轴排列。这允许生产对齐的，细晶粒，完全致密致密，当磁脉冲(~ 4t)沿c轴成为完全磁化，并表现出非常高的抗退磁(即具有高矫顽力)。 矫顽力取决于晶粒尺寸和取向程度等因素，某些微观结构参数可以显著降低矫顽力。全致密烧结磁体的生产工艺旨在产生排列良好、均匀细小的晶粒结构，具有低密度的退磁点。后者可以通过液相烧结过程实现，这将使晶界变得光滑。通过对单个晶粒的磁隔离，抑制了反向磁畴从一个晶粒向另一个晶粒的传播，也可以增强矫顽力。 HD过程伯明翰(英国)的研究表明，氢可以非常有效地用于生产全致密烧结钕铁硼型磁体。这个过程被称为氢衰变(HD)过程，图4。它依赖于块体合金(感应熔炼)由铁磁基体相Nd组成的事实2菲14.B和富nd的晶界共晶，在室温和< 1bar的氢压力下容易吸收氢。这导致了氢化钕的形成，随后的微分膨胀导致了大块材料的衰变。在本质上，初始失效主要是晶间性的，反应的放热性导致合金升温，氢随后被基体相吸收形成Nd2菲14.BH.x解决方案。
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图4。用于生产烧结NDFEB型磁体的高清途径。 |
HD进程的优点hd -粉末非常易碎，可以很容易地喷射磨成几微米的最终粉末尺寸，以生产完全致密的烧结磁铁。HD工艺有许多优点，但主要的是与传统材料相比，粉体的脆性大大增加。据估计，使用hd粉可以使气流磨机的产能增加约4倍，这代表了非常显著的经济和环境优势。在这个阶段，磁铁的组成可以通过适当的粉末混合来调整。 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亚博网站下载化。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。
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图5。真空烧结过程中氢的损失。 |
采用磁脉冲、冷等静压、烧结等工艺得到性能最好的磁体。然而，这是一个批处理过程，因此不适合大规模生产。日本已经开发出一种折衷的技术，叫做橡胶等静压，不幸的是缩写为RIP。这是单轴和等静压的交叉。粉末被压在橡胶模具中，与标准的单轴压粉相比，通过使用磁性冲头，这种方法可以更好地对准粉末。这表现在(BH)值大大提高。马克斯． 钕铁硼型磁体的趋势是越来越高(BH)马克斯值接近可能的最大值约450kJ.m－3．要达到这些高值(> 400kj .m－3)要求合金的成分接近化学计量(Nd2菲14.B).问题是这种相是由两相之间的包晶反应形成的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- hd工艺前的无铁材料。铸带材冷却迅速，晶粒尺寸规则，富nd材料分布均匀。由于后者的数量有限，必须非常小心地控制氧的含量，以保持足够的液相，以实现烧结的全密度。这需要高水平的过程工程。 HDDR工艺氢的故事还没有结束。氢化歧化解吸和复合(HDDR)过程中也使用氢，图6。与更直接的hd工艺不同，HDDR工艺涉及将大块合金在大约1棒氢气中加热到~800°C。如前所述，第一阶段是由于氢的初始吸收而导致的合金衰变。
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图6。HDDR过程。 |
但是，在〜700°C，ND2菲14.B基体相根据反应歧化: Nd2菲14.B + (2 x±)H2⇔2 ndh2±x+ 12Fe + Fe2B +ΔH x的具体值取决于压强和温度。 这是一个放热反应，歧化的合金由NdH细棒的亲密混合物组成2±x在一个α有限元矩阵。的铁2B相形成孤立的晶粒。这个反应的重要特征是它是完全可逆的，当真空作用时，氢被解吸，原始的Nd2菲14.B阶段改革。HDDR过程中最显著的方面是，微观结构发生了戏剧性的变化，从最初典型的150µm晶粒尺寸到非常细、均匀的0.3µm晶粒尺寸，即减少了500倍。在磁化时，HDDR粉末表现出明显的矫顽力，这意味着，在其最简单的净形状中，粉末可以与热固性树脂混合，通过压缩成型产生各向同性永磁体。改变初始材料的成分和加工条件也可以产生各向异性的粉末，其磁性能显著提高。 HDDR进程的优点HDDR粉末的另一个有前途的特点是，它表现出优异的热压特性，完全致密，近净形状，各向同性磁铁可以在750°C的惰性气氛中热压生产。这种材料的热压和磁性特性正在作为NetShape制造实验室研发项目的一部分进行研究，这可能是一种非常经济有效的方法，可以为电机生产全密度钕铁硼型磁铁。 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）。 总结在稀土磁体的制造过程中，仍有相当大的潜力进行工艺创新，以改善其性能和/或降低其成本。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施加影响，因为需要避免C0亚博网站下载2生产。材料科学亚博网站下载家和工程师将继续在这些具有挑战性的科学和技术新领域发挥重要作用。亚博老虎机网登录 |