昆明理工大学材料学院学生大四上学期专业课论文稀土永磁材料生产应用及发展方向

稀土永磁材料生产、应用及发展方向课程名称：稀有金属概论学院：材料科学与工程学院专业：XX专业20XX级姓名：XX学号：XXXXX稀土永磁材料生产、应用及发展方向XX（昆明理工大学，云南省昆明市，650093）摘要：本文主要介绍了稀土永磁材料的概念，我国主要稀土永磁材料的生产原料、生产工艺、设备及工艺指标,介绍了该材料的在区别于传统行业的高新技术和其他行业的应用状况，并对该材料的发展趋势做了预测。关键词：稀土永磁材料;原料;工艺;设备;应用;发展ProductionandapplicationofrareearthpermanentmagnetmaterialsanddevelopmentdirectionXX(KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,650093)Abstract:Thispaperintroducestheconceptofrareearthpermanentmagnetmaterialsandrareearthpermanentmagnetmaterialproductionofrawmaterials,productionprocesses,equipmentandprocessindicators，andapplicationsofthismaterial'sdifferenceinhigh-techindustries、otherindustriesandtraditionalindustries,alsopredicteddevelopmenttrendsofthismaterials.Keywords:rareearthpermanentmagnetmaterials;rawmaterial;crafts;equipment;applications;development一、稀土永磁材料概述从广义上讲，所有能被磁场磁化、在实际应用中主要利用材料所具有的磁特性的一类材料成为磁性材料。它包括硬磁材料、软磁材料、半硬磁材料、磁致伸缩材料、磁光材料、磁泡材料和磁制冷材料等，其中用量最大的是硬磁材料和软磁材料。硬磁材料和软磁材料的主要区别是硬磁材料的各向异性场高、矫顽力高、磁滞回线面积大、技术磁化到饱和需要的磁场大。由于软磁材料的矫顽力低，技术磁化到饱和并去掉外磁场后，它很容易退磁，而硬磁材料由于矫顽力较高，经技术磁化到饱和并去掉磁场后，它仍然长期保持很强的磁性，因此硬磁材料又称为永磁材料或恒磁材料。而稀土元素是元素周期表中15个镧系元素再加上钪和钇共计17个金属元素的总称。稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。稀土永磁体经过充磁后不再需要外加能量就能建立很强的永久磁场。在各种稀土永磁材料中，以钕铁硼永磁材料综合磁性能为最好。稀土永磁材料是稀土产业的重要支柱之一，广泛应用于计算机、汽车、仪器、仪表、家用电器、石油化工、医疗保健、航空航天等行业中的各种微特电机，用于核磁共振设备、电器件、磁分离设备、磁力机械、磁疗器械等需产生强间隙磁场的元器件。现在,对磁性材料的研究和应用无论在广度或者深度上都是以前无可比拟的,各类高性能磁性材料，尤其是稀土永磁材料的开发和应用对现代工业和高新技术产业的发展起着巨大的推动作用。二、稀土永磁材料的生产我国稀土永磁材料从20世纪60年代中期开始生产到2006年止,大部分的生产工艺技术,各种生产设备和磁性能参数测定仪器等,都是由我国科技人员进行研制、创新和生产实践而获得,目前我国主要稀土永磁的生产工艺、生产设备和测量仪器等达到了世界先进水平。（一）、生产原料以目前我国产量较大,应用较多,市场销路较好的代表产品,如烧结,粘结和型等为例,已说明了原料的状况。1、NdFeB。以钕(Nd≥99%),铁(Fe≥99%)和硼(B≥99%,或用20%B-Fe)为主要原料,并加入少量的钴(Co≥99%),镝(Dy≥99%)和铽(Tb≥99%),以改善磁体的磁性能。2、粘结NdFeB。以Nd、Fe和B≥99%(或20%B-Fe)为原料制成,以相关树脂等作为粘结剂。3、SmCo5型磁体。由高纯氧化钐(Sm2O3≥99%)和纯钴(Co≥99%)为原料,使用工业级的钙(Ca≥98%)作为还原剂而制成的SmCo5。永磁体的原材料我国可充足供给,历年来3种稀土永磁所用稀土金属见表1。从表1可知,Nd,Dy和Sm的用量逐年增长。至2005年达到最高值,其中Nd用量为14070t,这3种金属总用量达到14582t,比2004年增长31%。2000—2005年3种金属总量的年均增长率42.5%。因我国的Nd,Dy和Sm的资源丰富,故原料供应充足,且稀土金属的工艺技术及设备较为成熟,能够保证上述3种金属的用量增长。（二）、生产工艺技术及设备1、烧结NdFeB的生产目前我国主要用粉末冶金法(烧结法)生产磁体(烧结NdFeB),其生产工艺成熟简便,产量大,质量好,但成品率低,仅为70%左右(主要在机加工时的损失大,但废料可回收利用)。生产中不产生有害“三废”物。(1)生产工艺。用含量99%以上的Nd、Fe、B为主原料,适量加入Co和Dy。按照磁体的组成比例进行称重配料后,放入真空感应炉进行熔称(充入氩气进行保护),铸锭,制粉,压型。其主要工艺过程为:原材料→预处理→配料→真空熔炼→铸锭→破碎→细磨→混料→压型→烧结→热处理→机加工→表面处理→充磁→检验→包装→入库(烧结NdFeB产品)。(2)主要设备。真空感应炉,破碎机,气流磨,压型机,烧结炉,加工机器和充磁器等。这些设备我国均可供应解决。(3)工艺指标。主要原料Nd、Fe和B的总回收可达95%以上,磁件的成品率约为70%。制得的烧结磁体以Nd2Fe14B为主相。一般磁件的最大磁能积(BH)m在360kJ/m3(45MGQe)以上。2、粘结NdFeB的生产目前我国主要采用快淬粘结法生产粘结Nd2FeB磁体。该法的工艺流程简单,作业方便。设备可靠且易于解决。过程中Nd、Fe和B的回收率较高,可达95%以上。生产费用和成本较低。磁体的成品率很高,为98%以上,可将磁体加工成为任何尺寸和形状,且元件的精度十分准确,利于用户的要求。生产中不产生有害的“三废”物。（1）生产工艺。用Nd、Fe和B≥99%为原料,据磁体的组分比例进行称重配料,再置于真空快淬炉内熔炼,所得熔体喷入快速凝固的金属带上,而制成薄片进行粉碎,时效,加粘结剂混合成型和固化后即为产品。卿主要工艺过程为:原材料→预处理→配料→真空熔炼→快淬→粉碎→时效→加入粘结剂混幌→压缩成型→固化→充磁→检测→包装→入库(粘结NdFeB产品)。(2)主要设备。真空熔炼炉,快淬装置,粉碎机,时效炉,混合机,压缩成型机和充磁器等。(3)工艺指标。磁体中Nd、Fe和B的回收率为95%以上,磁元件的成品率达到98%以上,磁体的最大磁能积为8088kJ/m3(10—11MGQe),制成的磁体成分为Nd5.13Fe7.81B8.4。3、烧结SmCo5的生产目前我国用还原扩散法生产烧结SmCo5磁体为较重要的方法。该工艺成熟可行,作业方便,设备易于解决。磁体质量稳定,制成磁体的成品率较低约72%(废品可回收利用)。过程不产生有害的“三废”物。（1）生产工艺。以99%以上的Sm2O3、Co和Ca为原料。据磁体的成分比例进行配料,压坯和装炉后,再进行还原扩散,粗破,浸漂除钙,烘干和细磨成细粉。然后将细粉进行混料,压型,烧结,热处理,机加工和弃磁即为产品。其主要工艺过程是:原材料→配料→还原扩散→粗碎→浸漂除钙→细磨→压型→烧结→热处理→机加工→充磁→检测→包装→入库(烧结SmCo5产品)。(2)主要设备。还原扩散炉,粉碎机,浸漂槽,压型机,烧结炉,热处理炉和充磁器等。生产设备可由国内供应解决,且成熟可行。(3)工艺指标。生产中的Sm和Co的总回收率为95%左右。制成的磁件的成品率较低仅为72%左右。磁体的主相为SmCo5。磁体的使用温度较高298—523℃,最大磁能积(BH)m为250—279kJ/m3(31—35MGQe)。除了上述3种典型的生产工艺技术以外,还有许多其它方法,如烧结SmFeN永磁体、快淬法制取纳米晶复合永磁体、永磁体表面处理技术等，以提高磁体的高剩磁强度(Ms)、高矫顽力(Hcb)、高磁能积(BH)m、高耐热和高抗蚀性等性能。从总体上看,我国生产稀土永磁材料的工艺技术和装备已达到了世界先进水平,永磁体的磁性能也接近同行业中的质量水平。三、稀土永磁材料的应用进展微特电机、扬声器及耳机等电声元件是永磁体材料传统应用领域，由于在论文的写作过程中发现已经有大量同类文献对稀土永磁材料的应用作过综述，所以我想换个角度，从稀土永磁材料在高新技术及其它新领域中的逐渐普及来谈这种材料的应用。近年来，我国主要稀土永磁材料（NdFeB，SmCo，SmFeN等）除了在传统应用上有新扩大之外，在高新技术及其它新领域中取得了明显的进步，如选矿机，风力发展机及磁悬浮列车等的应用有新的发展。（一）、烧结NdFeB新应用烧结NdFeB制成磁元件后，装入选矿机械内即成强永磁选矿机，对金属矿物等进行磁选可获极好的效果，磁选率较高。目前我国已有北京、包头、鞍山、江西和山东等的生产企业，可生产系列选矿机满足用户需求，如冶金、矿山、化工和电力等。在永磁搅拌器和除铁器等也有较好的使用。以上使用烧结NdFeB数量增加不少。由永磁制成的磁化节油器可将汽油或柴油磁化后，使节油率达到5-8%，效益很好。还可降低排出废气中的CO和HC含量，消除危害，保护环境。烧结NdFeB永磁电机用于电动自行车中日益增加，目前已有400万台永磁电机用于自行车的动力使用，即可节电15-20%，也省体力，经济利益很好。可用烧结NdFeB约1400t。某生产企业用烧结NdFeB与棉纤维等制成磁疗垫子已在市场销售，对于人体治病有好效益正在发展中。近年我国制成的永磁化器可防止设备中水垢的发生，已在工业生产及家庭生活中获得广泛使用，效果较好。由于烧结NdFeB68（BH）m≥50MGOe后，使我国已在核磁共振仪及马达（VCM）得到使用，也有磁品出口增加较快，此为突破性的应用新进步是较有前景的新技术领域。目前我国已进入大力发展风力发电时期，全国风力发电资源占世界40%。在内蒙、甘肃、吉林、辽宁、江苏、河北和新疆等省，先后开展了风力发电基地。在风力发电装置系统中，使用烧结NdFeB68永磁制成发电机，具有如下优点：（1）可提高发电量20%。（2）稳定性好，寿命长1.0倍，成本低。（3）运行环境低，占地面积小，噪音小，维修费低。因此，适合于海岛、山区和草原等场地的开发，其可能在“轻风启动，微风发电”的特点情况下，极易于进行产业化和规模化的作业。这个应用领域前景看好。2006年我国已实行了“风力发电”产业化，全国有条件的20个省市均在应用或计划开发。据统计，在2010年后估计风力发电使用烧结NdFeB68永磁6000t以上，是较大的用户，发展潜力很大，也是世界风力发电的大国。悬浮高速列车新技术，已在我国进行实际的试运行。或正在规划建设中。据知，已有上海、北京和武汉等地准备实施这方面的项目。它具有列车速度快，载人多，投资大，成本低，效益好，无噪音，作业易等特点。因此，作为一种新技术交通工具是具有发展潜力，也成为一个国家交通工具先进化和现代化的标志。烧结NdFeB材料在此方面的用量也相当可观。此外，在各种电机（如发电机，电动机等）中使用烧结NdFeB磁体的用量，也在不断的增长，也是较开阔的应用领域，前途光明。（二）、粘结NdFeB的应用近年来，我国粘结NdFeB磁品主要在消费类电子产品的应用发展较快。在办公室自动化设备，电动和视听设备、仪器仪表，小型马达，家用电器和传感器等的应用较多。其中办公室自动化和汽车马达是今后最大的用户。特别是在硬盘及软盘驱动器的多极主轴电机方面占有绝对优势，估计这方面需求量为1.0亿只以上，潜力巨大。