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日本产综研烧结制造出不用镝的各向同性Sm-Fe-N磁铁 |
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| http://cn.newmaker.com
7/12/2011 10:04:00 AM
日经BP社
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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。
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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