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日本将提高钕磁铁耐热性用的添加元素Dy削减40％ |
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| http://cn.newmaker.com
1/14/2011 12:16:00 PM
日经BP社
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日本的东北大学等8家企业与机构进行的把可提高钕高性能磁铁耐热性的Dy（镝）添加量削减40％的开发项目获得了进展。该开发项目是作为日本新能源及产业技术综合开发机构（NEDO）于2007年度开始的稀有金属替代材料开发项目的一环而实施的。削减稀土类磁铁用Dy的使用量，是日本的东北大学、山形大学、日本物质与材料研究机构（NIMS）、日本原子力研究开发机构、三德、Intermetallics（京都市）、TDK及丰田8家联合开展的研究，此次的研发成果主要由日本东北大学及Intermetallics完成。通过使烧结磁铁的结晶粒子实现微细化来提高保磁力，并确立烧结工艺技术的基础技术。
由于Nd-Fe-B（钕铁硼）高性能磁铁是以稀有金属Nd为主要构成元素，因此，确保其原料资源至关重要。Nd的矿物资源在中国、美国及澳大利亚等国均有开采（包括开采可能性），由于开采地比较分散，因此，目前中国实施的稀土及稀有金属矿物资源出口管制所带来了的影响还只局限在一定程度上。与这种情况形成对照的是，由于钕磁铁的居里点比较低，只有大约310℃，因此，要想用在为混合动力车及电动汽车提供驱动力的马达上的话，在使用温度方面令人担心。为此，目前的做法是在钕磁铁中添加Dy等元素来提高居里点，从而提高使用温度的极限。目前，这种马达用钕磁铁采用成分为21Nd-10Dy-68Fe-1B（各数字为质量％）、最大能量乘积（表示磁铁的磁力）为30MGOe的磁铁，Dy按照10质量％进行添加。
因为“Dy矿物资源主要存在于中国，目前几乎是100％依赖于中国”（NEDO的电子、材料及纳米技术部部长中山亨），所以，有关Dy的应对措施成了一个紧急课题。这是因为从2010年起步的电动汽车的普及元年，确保电动汽车用的耐热性出色的钕磁铁变得越来越重要。
东北大学未来科学技术共同研究中心（NICHe）的杉本谕教授与Intermetallics公司公布了一份“指导原理”，其中阐述了通过使构成钕磁铁烧结体的结晶粒子实现微细化来提高磁铁保磁力，并且通过控制构成磁铁的结晶粒子的界面，从而在无Dy的情况下使保磁力得到提高的基本技术。双方首先将制作磁铁合金用原料粉末的喷射式粉碎机（Jet Mill）的喷射用气从以往的氮气改成了氦气。由于氦气的喷射速度快了大约3倍，因此，通过使原料粉末碰撞坚硬壁面来进行粉碎的喷射式粉碎机，实现了相当于以往1/5左右的1.1μm的微细化粉碎效果。
由于不是单纯微细化，而是经过一番苦工获得的微细粒化，所以最终成功地提高了磁铁的保磁力。另外还制作了循环利用氦气的喷射式粉碎机装置的原型机，奠定了今后量产技术的基础。
以这种合金微粉末作为原料，用名为PLP（Plessless Process）的装置进行了试制，最终制造出了烧结磁铁。目前，钕磁铁是在磁场中对合金粉末施加压力，使其成型，然后在真空中进行高温烧结，最后作为烧结磁铁制造出来的。PLP装置是一种“无需巨大的磁场内冲压机的装置”（Intermetallics）。由于钕磁铁合金粉末如果变成微细粒子，表面积便会增加，变得易于被氧化，因此，此次开发出了可在几乎没有氧气的超低氧环境中形成磁铁形状、并进行烧结的PLP装置。此次，制造出了在无Dy添加的情况下保磁力为20kOe、最大能量乘积为48MGOe的钕磁铁。如果将这一数字套用在现有的磁铁上，那么相当于将Dy添加量削减了40％。
Intermetallics公司表示，如果用PLP装置进行烧结，“由于微细合金粉末可在比以往更低的温度下烧结，粒径只增加1.5倍左右，因此，与以往的烧结磁铁相比，可以更微细的粒子构成烧结磁铁”。另外，该公司称，“由于可实现无余量（Near Net）成型，因此，后工序中的切割及研磨工程上的作业就会减少，预计将有助于降低成本”。
今后，上述企业与机构计划推进进一步提高Dy削减量的研究开发，力争最终实现Dy添加量为零。另外，大型磁铁厂商TDK将借助8家开发的项目，来不断确立Dy添加量更少的钕磁铁量产技术。
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