日本产业技术综合研究所永续材料研究部门,开发出了以90%以上的高相对密度烧结不含Dy(镝)各向同性Sm-Fe-N(钐-铁-氮)类磁铁粉末制造磁铁的技术。 图1:开发出的磁铁(Sm-Fe-N类)。叠合了两个直径15mm、厚6mm的烧结磁铁吸附了30个约重4g的铁球。
目前广泛使用的Nd-Fe-B(钕-铁-硼)类磁铁,通过添加Dy可提高顽磁力。Dy是重稀土类元素,不仅全球的含量少,而且可开采的地区也有限,因此价格一直居高不下。由于日本国内生产的Nd-Fe-B类磁铁中所含Dy全部需要进口,因此Dy有可能左右要使用大量磁铁的EV(电动汽车)的未来。为此,就需要开发不使用Dy的高性能磁铁。
Sm-Fe-N类磁铁粉末是特性仅次于Nd-Fe-B类磁铁的磁铁材料,作为不使用Dy的高性能磁铁材料备受关注。不过,尽管作为磁铁粉末的特性出色,但若以500℃以上高温烧结之后,就会失去磁铁的特性,因此用通常的烧结方法无法制造出高特性的烧结磁铁。所以目前的产品只有用树脂等来粘合粉末的粘合磁铁。
产综研一直在致力于开发Sm-Fe-N类磁铁粉末的烧结技术。虽然以前已开发出低温烧结非晶合金粉末的技术,但无法提高密度,最大能量积不到100kJ/m3。
此次为防止Sm-Fe-N类磁铁粉末的磁铁性能下降,以400℃左右的温度进行了烧结。而且,为了制造出相对密度高的烧结磁铁,还在由脉冲电流烧结的脉冲通电烧结法上,结合使用了意在控制负荷的伺服冲压。
脉冲通电烧结法是在盛有粉末的模具中通入电流脉冲进行烧结。由于模具与粉末带有电阻,因此流过电流时模具和粉末本身会发热。就是说,因这种做法是直接加热,温度在短时内升高,可防止结晶构造发生变化。并且,因使用脉冲电流,还可引发集肤效应,在粉体温度不升高的情况下促进粉末界面的结合。其结果,可在原粉末特性不降低的情况下进行烧结。
通过用伺服冲压对负荷进行过程控制,促进了致密化。另外,模具使用超硬合金,加大了伺服冲压的负荷,使相对密度得以增大。通过这些手段,成功地在低温条件下制造出了致密的烧结体。 (图片)
脉冲通电烧结法 此次使用日本大同特殊钢制造的各向同性Sm-Fe-N类磁铁粉末,在烧结温度400℃、保留时间1分钟的条件下制造出了90%以上高相对密度的各向同性烧结磁铁。制造出的各向同性Sm-Fe-N类烧结磁铁实现了剩磁通密度0.91T(9.1kG)、顽磁力770kA/m(9.68kOe)、最大能量积129kJ/m3(16.2MGOe)的特性。分别相当于Nd-Fe-B磁铁普遍公认数字的7成、8成和4成。
这种高性能各向同性磁铁是不使用树脂的烧结体,因耐热性及抗氧化性优于Nd-Fe-B类磁铁,所以还有望应用于高温多湿的环境下。另外,本研究是日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)实施的“稀有金属替代材料开发项目——替代Nd-Fe-B类磁铁的新型永久磁铁研究”(2009年度~2010年度)的成果。
此次制造的各向同性Sm-Fe-N类烧结磁铁通过改善材料特性和实施结晶控制,还有望进一步提高性能。(记者:浜田 基彦)
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