稀土的應用領域

1、稀土永磁釹鐵硼材料發(fā)展應用生產(chǎn)介紹摘要：簡述了我過釹鐵硼永磁材料產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)狀，稀土永磁元素 的介紹，稀土永磁釹鐵硼的應用領域，稀土永磁材料的種類，釹鐵硼 的生產(chǎn)流程。關鍵詞：稀土永磁、釹鐵硼、應用、生產(chǎn)稀土家族是來自鑭系的15個元素，加上與鑭系相關密切的鈧和釔共17種 元素。它們是：鑭、鈰、錯、釵、钷、釤、箱、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鏡、 镥、鈧、釔。金屬釵的最大用戶是釵鐵硼永磁材料。釵鐵硼永磁體的問世，為 稀土高科技領域注入了新的生機與活力。釵鐵硼磁體磁能積高，被稱作當代“永 磁之王”，以其優(yōu)異的性能廣泛用于電子、機械等行業(yè)。20世紀80年代問世的錢鐵硼永磁體具有磁能積高、體積小及質量輕等優(yōu)

2、點， 是迄今為止性能價格比最佳的商品化磁性材料，亦因其優(yōu)異的磁性能被譽為“磁 王。經(jīng)過近三十年的努力，釵鐵硼磁體的磁能積有了大幅提高，燒結欽鐵硼磁體 的磁能積由最初的 280 kJ/m3(35 MGOe)i提高到目前的 476.8kJ/m3(59.6 MGOe)2;粘結錢鐵硼磁體中，各向同性粘結欽鐵硼磁體的磁能積為72-88kJ/m3(9-11MGOe)3，各向異性粘結錢鐵硼磁體的磁能積己達200kJ/m3 (25 M GOe) 4欽鐵硼磁體己在電子信息、機械、醫(yī)療以及國防等領域廣泛應用。近年 來，應用于新能源汽車、風能發(fā)電和變頻空調(diào)等的稀土永磁電機產(chǎn)量因我國節(jié)能 環(huán)保產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展而迅速增長

3、5-IO,給高性能錢鐵硼永磁材料帶來了巨大的市 場需求。因此，厘清我國錢鐵硼材料產(chǎn)業(yè)技術現(xiàn)狀，對加強高性能燒結錢鐵硼以 及各向異性粘結錢鐵硼永磁材料研究及其產(chǎn)業(yè)化技術開發(fā)具有非常重要的意義。1、稀土永磁釹鐵硼的應用領域1.1稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之一）釹金屬釵，元素符號Nd，原子序數(shù)60，相對原子含量144.24 ,熔點920C 左右，沸點3127C左右，密度7.007g/cm3。金屬釵為金屬塊錠、銀灰色。釵是最活潑的稀土金屬之一，在空氣中能迅速 變暗，生成氧化物；在冷水中緩慢反應，在熱水中迅速反應。金屬釵包裝要求用 雙層袋（內(nèi)塑料袋、外紙袋）包裝封口，抽真空或充入氬氣分裝在帶蓋的鐵桶中，

4、 灌石蠟并密封，嚴防雨淋受潮。稀土永磁所用金屬釵原材料要求金屬光澤好，純度高、無氧化，釵含量99.5%。金屬釵原材料中的其它稀土金屬元素如Ce、La、Gd、Sm、Er,對 釵鐵硼永磁體的磁性能均有害，它們在其中的含量應盡量少。但生產(chǎn)普通低性能 釵鐵硼，含量Ce和少量的Pr是允許的。金屬釵最大量用于釵鐵硼永磁材料，含量占比29-32.5%。在鎂或鋁合金中添加 1.5-2.5%釵，可提高合金的高溫性能，廣泛用作航空航天材料。摻釵的釔鋁石榴 石產(chǎn)生短波激光束，在工業(yè)上廣泛用于薄型材料的焊接和切削，在醫(yī)療上代替手 術刀。釵也用于玻璃和陶瓷材料的著色以及橡膠制品的添加劑?；瘖y品中大多含 微量釵元素。1.

5、2稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之二）硼硼元素符號：B原子量:10.81、原子序數(shù)：5、相對原子質量：10.81硼為黑色或銀灰色固體、非金屬。熔點約2300C,沸點2550C,密度2.34 克/厘米3 ,硬度僅次于金剛石，較脆。硼在室溫下比較穩(wěn)定，即使在鹽酸或氫氟酸中長期煮沸也不起作用。硼能和 鹵組元素直接化合，形成鹵化硼。高溫下硼還與許多金屬氰化物反應，形成金屬 硼化物。硼主要用于冶金（如為了增加鋼的硬度）生產(chǎn)硼砂和硼酸，用來作冶金除氣 劑、鍛鐵的熱處理、增加合金鋼高溫強加固性。由于硼具有低密度、高強度和高 熔點的性質，可用來制作導彈的火箭中所用的某些結構材料。硼的化合物在農(nóng)業(yè)、 醫(yī)藥、玻璃工業(yè)

6、等方面用途很廣。世界硼資源的分布集中在土耳其、美國、俄羅斯、智力、秘魯、阿根廷等國， 儲量總計3363億噸。中國的硼資源主要集中在遼寧、吉林、青海、西藏四省（區(qū)） 1.3稀土永磁原材料之（三）金屬鏑Dy金屬錨元素符號Dy，原子序數(shù)66，原子量162.46 ,熔點1485C左右，沸 點 2230C左右，密度 8.565g/cm3n金屬錨為金屬塊錠、銀灰色、有光澤和延展性、能用刀切。在空氣中易氧化、 與水迅速反映、溶于酸。一般貯存在抽真空的密閉容器中或充入惰性氣體密封。 稀土永磁所用金屬錨原材料要求金屬清潔、無雜質無氧化。金屬錨材料國家標準 GB/T15071-94.錨的主要用途：（1 ）作為釹鐵

7、硼系永磁體的添加劑使用，在其中添加2-3%左右的錨，可 提高其矯頑力，品味在95-99%左右。（2）鏑作用在熒光粉激活劑，摻錨的發(fā)光材料可作為三基色熒光粉。（3 ）制備大磁滯伸縮合金慝鏑鐵（Terfenol ）合金的必要的金屬原料，能 使一些機械運動的精密活動得以實現(xiàn)。（4）鏑金屬可用作磁光貯材料，具有較高的記錄速度和讀書敏感度。（5）用于鏑燈的制備，采用碘化鏑的等具有亮度大、顏色好、色溫高、體 積小、電弧穩(wěn)定等有點，用于電影、印刷等照明光源（6）在原子能工業(yè)中用來測定中字能普或做中子吸收劑。Dy3AL5012還可以用作磁致冷用磁性工作物質。2、稀土永磁釹鐵硼的應用領域2.1稀土永磁釹鐵硼的應

8、用領域（之一）電聲器件優(yōu)美的聲響不僅會帶給我們無窮的樂趣，也是人們交流信息的重要方式。聲 訊離不開電聲器材，而稀土永磁釵鐵硼是制造電聲器材非常好的材料。揚聲器的工作原理是：永磁體通過砸鐵在鐵路的環(huán)形氣隙中產(chǎn)生一個磁場， 和揚聲器紙盆相連的音圈插入環(huán)形氣隙中，當聲音以電流的形式通過磁場時線圈 便會因電流強弱的變化產(chǎn)生不同頻率的震動，進而帶動紙盆發(fā)出不同頻率和強弱 的聲音。稀土永磁釵鐵硼的廣泛使用，不但能是揚聲器的靈敏度提高，還可使磁體用量大大減少。使揚聲器做的小型化，薄型化，輕型化。這一 特點為各種電器設備、家用電器、汽車用音響提供輕巧的可能性。2.2稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之二）電子器件稀土

9、永磁（釵鐵硼）產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應用于各類電子器件中。實現(xiàn)多種控制、 保護、安防的功能。舉例如下：干簧管也稱舌簧管或磁簧開關。他的倆個觸電由 特殊材料制成，被封裝在真空的玻璃管里。只要用磁鐵接近它，干簧管倆個節(jié)點 就會吸合在一起，是電路導通。干簧管作為傳感器可用于計數(shù)，限位等等。汽車 的里程表就是配套磁鐵構成的。門磁用于安防，探測門、窗、抽屜等是否被非法 打開并報警。永磁機構真空斷路器具有高可靠性，結構簡單，使用壽命長，性價比高等技 術特點，可以滿足電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的要求。成為開關制造企業(yè)與電網(wǎng)企業(yè)關注 的熱點。磁保持繼電器是近幾年發(fā)展起來的一種新型繼電器，對電路騎著自動接 通和切斷作用。其常閉或常

10、開狀態(tài)完全依賴永久磁鋼的作用，并通過脈沖電信號 觸發(fā)而完成開關轉化。多鐘電表、電流表根據(jù)通電導體在磁場中受磁場力的作用 而職稱。內(nèi)部有永磁體，在極間產(chǎn)生磁場。干式水表內(nèi)也用到稀土磁鐵（釹鐵硼） 2.3稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之三）醫(yī)療設備隨著醫(yī)療設備技術的迅猛發(fā)展，稀土永磁材料也在此得到廣泛的應用。稀土 永磁材料制成的磁共振成像儀（MRI）,利用一個穩(wěn)定均勻的大磁場給人體一個 脈沖波，通過關閉磁場，使人體內(nèi)的氫原子吸收或者釋放能量。釋放能量的變化 經(jīng)過電子計算機對分析處理，就能分辨器官正?；虍惓＃b別病變的性質。和X光斷層掃描相比，磁共振成像儀具有安全、無痛苦、無損害。對比度 高等優(yōu)點?？胺Q

11、為診斷醫(yī)學史上的一次技術革命。稀土永磁材料還應用在醫(yī)療中 的磁穴療法。由于稀土永磁材料的磁性能很高，并能做成各種形狀的磁療用具，而且不宜 退磁，能取得比傳統(tǒng)磁療效果好的療效。用稀土永磁材料制成磁針、健生磁手鐲， 磁水杯，磁貼敷、磁性木梳，磁護膝，磁護肩，磁腰帶、磁性按摩器等磁療產(chǎn)品， 具有鎮(zhèn)靜、止痛、消炎、止癢、降壓、止瀉等作用。2.4稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之四）機械設備 稀土永磁釹鐵硼在機械設備領域的應用主要在磁選礦、磁分離設備、磁攪拌設備、 磁力去污設備、磁力工具等方面。磁選機是工業(yè)中選鐵除鐵作業(yè)最通用的機種，在資源回收、木材業(yè)、礦山、 窖業(yè)、化學工業(yè)、食品工業(yè)、煤炭、建材行業(yè)都有應用

12、。其工作原理：礦漿流入 槽體鐵磁粉粒在磁場的作用下，產(chǎn)生磁聚團，并且被吸附在圓筒上。磁團隨圓筒 轉動時產(chǎn)生磁攪拌現(xiàn)象，使得夾雜在磁團中的非磁性物從中脫離出來，留在圓筒 便面的磁團即精礦。2.5稀土永磁釹鐵硼的應用領域（之五）磁化技術利用磁場對物質進行磁化作用，改變磁化物質的鍵狀態(tài)，或原子、電子阻態(tài)，促 進物質的化學反應，促進燃料燃燒；或改變物質的結晶形態(tài)或凝固點，這一技術 稱為磁化技術。釹鐵硼磁化技術已越來越為人們所認識。例如，經(jīng)磁化過的硬水以不再結垢。飲 用釹鐵硼磁化水可治療疾病。用磁化水澆灌，可促進生物的生長。目前已有磁水 器商品。又如：輪船用釹鐵硼磁化減煙節(jié)油器，燃油（汽油，柴油等）在燃

13、燒前 從磁化減煙節(jié)油器在磁場中通過，然后輸入燃燒室進行燃燒。其結果是燃燒得更 加完全，節(jié)油約2-8%，排煙減少80%，減少了對環(huán)境的污染。磁化減煙節(jié)油器 已在汽車，輪船、火車、拖拉機、工業(yè)燃油爐中得到了應用。在室友開采過程中， 原油中含的臘在一定溫度下要凝固，粘在輸油管壁上將輸油管堵塞，在輸油管上 裝上釹鐵硼永磁體做的磁化防臘器后，原油中含的臘不再凝固，并降低了原油粘 度，大大促進了油井原油的開采。3稀土永磁材料的種類稀土永磁材料（釹鐵硼Nd2Fe14B）按生產(chǎn)工藝不同分為以下三種：3.1 燒結釹鐵硼（Sintered NdFeB ）燒結釵鐵硼永磁體經(jīng)過氣流磨制粉后冶煉而成，矯頑力值很高，且擁

14、有極 高的磁性能，其最大磁能積（BHmax）高過鐵氧體10倍以上。其本身的機械性 能亦相當好，可以切割加工不同的形狀和鉆孔。高性能產(chǎn)品的物質含量容易導致 銹蝕，所以根據(jù)不同要求必須對表面進行不同的圖層處理。（如鍍鋅、鐐、環(huán)保 鋅鐐銅鐐，環(huán)保鐐銅鐐等）非常堅硬和脆，有高抗退磁性，高成本/性能比例， 不適于高工作溫度（200。）3.2粘結釹鐵硼粘結釵鐵硼是將釵鐵硼粉末與樹脂、塑膠或低熔點金屬等粘結劑均勻混合， 然后用壓縮、擠壓或注射成型等方法制成的復合型釵鐵硼永磁體。產(chǎn)品一次成型， 無需二次加工、可直接做成各種復雜的形狀。粘結釵鐵硼的各個方向都有磁性， 可以加工成釵鐵硼壓縮模具和注塑模具。精密度高

15、、磁性能極佳、耐腐蝕性好、 溫度穩(wěn)定性好。3.3注塑釹鐵硼具有極高之精確度、容易制成各向異性形狀復雜的薄壁環(huán)或薄磁體。4燒結釹鐵硼毛胚的生產(chǎn)流程4.1配料嚴格按照釵鐵硼原料配方將各種成分金屬精確稱重配混；常用的金屬原料 有：金屬釵，錯釵，特硼，銅，鋁，鎵，鋱，鉆，純鐵，鏑鐵，鈮鐵。4.11、所用設備：電子秤、鋼筋切斷機、除銹拋光機；4.12、工作流程：統(tǒng)計各種原材料的用量-領料-據(jù)單配料-做好相關記錄-專 人復查。4.2熔煉主要將負責配比好的原料進行高溫真空熔煉，生成金屬合金鑄錠；4.21、所用設備：真空感應熔爐、原料車、出料車、鐵夾爐渣桶，輔助照明 燈、套裝工具、出料桶、氮氣、氬氣、耐火材料

16、；4.22、工作流程：準備-裝料-抽真空-熔煉-澆鑄-冷卻-出料。4.3制粉將熔煉后合格的合金錠產(chǎn)品粉碎制成微米級細粉；4.31、所用設備：氫碎爐、裝料裝置、裝卸料車、氬氣、氫氣、氮氣；4.32、主要流程：配料-鑄片-氫碎-粗粉攪拌-氣流磨-細粉攪拌。氫碎原理：利用稀土金屬間化合物的吸氫特性，將釹鐵硼合金置于氫氣環(huán)境 下，氫氣沿富釹相薄層進入合金，使之膨脹爆裂而破碎，沿富釹相層處開裂，從 而使薄片變成粗粉。4.4成型根據(jù)要求選擇相應的模具，將細粉壓制成所需的形狀使之接近毛胚尺寸，同 時施加磁場進行磁性取向。4.41、所用設備：自動磁場成型壓機、真空包裝機、自動稱粉機、流轉車、 電子稱、磁粉潔具

17、、磁柱、壓柄、保護墊、真空包裝袋、周轉盒。4.42、流程：模具-磁場-稱粉-壓制-包裝-清理-清場4.5等靜壓將帶壓制產(chǎn)品裝進設備，對其施以各均相等的超高壓介質作用，使產(chǎn)品密度 增加。4.51、所用設備：冷等靜壓機(水介質X吊車、吊籠、周轉車。4.52、操作流程：準備工作-參數(shù)設置-裝料-進缸-等靜壓出缸。4.6燒結工段將粉末壓柱，加熱到基體相熔點以下的溫度約(0.70-0.85 )T，進行保溫處 理一段時間。目的是提高壓柱密度和強度。使磁體具有高永磁性能的顯微組織特 征。4.61、設備：燒結爐、手套箱、燒結盆、液壓車、流轉車、絕熱手套；4.62、燒結工序流程:領料-進爐-燒結-出爐-檢驗至于

18、釹鐵硼永磁材料的毛胚基本完成，貫穿于全過程的是嚴格檢驗慎密管理，必 須確保每個工序環(huán)節(jié)不出差錯，最終才能達成合格的釹鐵硼永磁毛胚。而通常情 況下還不是成品，還需要進行機械精加工表面圖層等工序，所以每一件“磁王”的 誕生都來之不易。參考文獻：SAGAWA M, FUJIMURA S, TOGAWA N, et al. New material for permanent magnets one base of N d and F e J. J Appl P hys, 1984,55(6):2083-2087.HIROSAWAS. Recent developments end future perspectives of Nd-Fe-Bpermanent magnets for automotive applications J. BM New; 2006, 35: 135-154.CROAT J. Technical report of megnequench R. Detroit: Delco RemyDiv of GM, 1990.HONKURA Y. Automotive motor innovation with anisotropic bonded magnet-MAGFINE J. I Iro