稀土的应用领域
稀土永磁钕铁硼材料发展应用生产介绍
摘要：简述了我过钕铁硼永磁材料产业技术现状，稀土永磁元素的介绍，稀土永磁钕铁硼的应用领域，稀土永磁材料的种类，钕铁硼的生产流程。
关键词：稀土永磁、钕铁硼、应用、生产
稀土家族是来自镧系的15个元素，加上与镧系相关密切的钪和钇共17种元素。它们是：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、钇。金属钕的最大用户是钕铁硼永磁材料。钕铁硼永磁体的问世，为稀土高科技领域注入了新的生机与活力。钕铁硼磁体磁能积高，被称作当代“永磁之王”，以其优异的性能广泛用于电子、机械等行业。
20世纪80年代问世的钱铁硼永磁体具有磁能积高、体积小及质量轻等优点，是迄今为止性能价格比最佳的商品化磁性材料，亦因其优异的磁性能被誉为“磁王”。经过近三十年的努力，钕铁硼磁体的磁能积有了大幅提高，烧结钦铁硼磁体的磁能积由最初的280 kJ/m3(35 MGOe)[I]提高到目前的476.8kJ/m3(59.6 MGOe)[2];粘结钱铁硼磁体中，各向同性粘结钦铁硼磁体的磁能积为72-88 kJ/m3(9-11MGOe)[3]，各向异性粘结钱铁硼磁体的磁能积己达200kJ/m3(25 M GOe) [4]钦铁硼磁体己在电子信息、机械、医疗以及国防等领域广泛应用。近年来，应用于新能源汽车、风能发电和变频空调等的稀土永磁电机产量因我国节能
环保产业的快速发展而迅速增长[5-IO]，给高性能钱铁硼永磁材料带来了巨大的市场需求。因此，厘清我国钱铁硼材料产业技术现状，对加强高性能烧结钱铁硼以及各向异性粘结钱铁硼永磁材料研究及其产业化技术开发具有非常重要的意义。
1、稀土永磁钕铁硼的应用领域
1.1稀土永磁钕铁硼的应用领域（之一）钕
金属钕，元素符号Nd，原子序数60，相对原子含量144.24，熔点920℃左右，沸点3127℃左右，密度7.007g/cm3。
金属钕为金属块锭、银灰色。钕是最活泼的稀土金属之一，在空气中能迅速变暗，生成氧化物；在冷水中缓慢反应，在热水中迅速反应。金属钕包装要求用双层袋（内塑料袋、外纸袋）包装封口，抽真空或充入氩气分装在带盖的铁桶中，灌石蜡并密封，严防雨淋受潮。
稀土永磁所用金属钕原材料要求金属光泽好，纯度高、无氧化，钕含量>99.5%。金属钕原材料中的其它稀土金属元素如Ce、La、Gd、Sm、Er,对钕铁硼永磁体的磁性能均有害，它们在其中的含量应尽量少。但生产普通低性能钕铁硼，含量Ce和少量的Pr是允许的。
金属钕最大量用于钕铁硼永磁材料，含量占比29-32.5%。在镁或铝合金中添加1.5-2.5%钕，可提高合金的高温性能，广泛用作航空航天材料。掺钕的钇铝石榴石产生短波激光束，在工业上广泛用于薄型材料的焊接和切削，在医疗上代替手术刀。钕也用于玻璃和陶瓷材料的着色以及橡胶制品的添加剂。化妆品中大多含微量钕元素。
1.2稀土永磁钕铁硼的应用领域（之二）硼
硼元素符号：B原子量:10.81、原子序数：5、相对原子质量：10.81
硼为黑色或银灰色固体、非金属。熔点约2300℃，沸点2550℃，密度2.34克/厘米3，硬度仅次于金刚石，较脆。
硼在室温下比较稳定，即使在盐酸或氢氟酸中长期煮沸也不起作用。硼能和卤组元素直接化合，形成卤化硼。高温下硼还与许多金属氰化物反应，形成金属硼化物。
硼主要用于冶金（如为了增加钢的硬度）生产硼砂和硼酸，用来作冶金除气剂、锻铁的热处理、增加合金钢高温强加固性。由于硼具有低密度、高强度和高熔点的性质，可用来制作导弹的火箭中所用的某些结构材料。硼的化合物在农业、医药、玻璃工业等方面用途很广。
世界硼资源的分布集中在土耳其、美国、俄罗斯、智力、秘鲁、阿根廷等国，储量总计3363亿吨。中国的硼资源主要集中在辽宁、吉林、青海、西藏四省（区）1.3稀土永磁原材料之（三）金属镝Dy
金属镝元素符号Dy，原子序数66，原子量162.46，熔点1485℃左右，沸点2230℃左右，密度8.565g/cm3n
金属镝为金属块锭、银灰色、有光泽和延展性、能用刀切。在空气中易氧化、与水迅速反映、溶于酸。一般贮存在抽真空的密闭容器中或充入惰性气体密封。稀土永磁所用金属镝原材料要求金属清洁、无杂质无氧化。金属镝材料国家标准GB/T15071-94.
镝的主要用途：
（1）作为钕铁硼系永磁体的添加剂使用，在其中添加2-3%左右的镝，可提高其矫顽力，品味在95-99%左右。
（2）镝作用在荧光粉激活剂，掺镝的发光材料可作为三基色荧光粉。
（3）制备大磁滞伸缩合金慝镝铁（Terfenol）合金的必要的金属原料，能使一些机械运动的精密活动得以实现。
（4）镝金属可用作磁光贮材料，具有较高的记录速度和读书敏感度。
（5）用于镝灯的制备，采用碘化镝的等具有亮度大、颜色好、色温高、体积小、电弧稳定等有点，用于电影、印刷等照明光源
（6）在原子能工业中用来测定中字能普或做中子吸收剂。
Dy3AL5012还可以用作磁致冷用磁性工作物质。
2、稀土永磁钕铁硼的应用领域
2.1稀土永磁钕铁硼的应用领域（之一）电声器件
优美的声响不仅会带给我们无穷的乐趣，也是人们交流信息的重要方式。声讯离不开电声器材，而稀土永磁钕铁硼是制造电声器材非常好的材料。
扬声器的工作原理是：永磁体通过砸铁在铁路的环形气隙中产生一个磁场，和扬声器纸盆相连的音圈插入环形气隙中，当声音以电流的形式通过磁场时线圈便会因电流强弱的变化产生不同频率的震动，进而带动纸盆发出不同频率和强弱的声音。
稀土永磁钕铁硼的广泛使用，不但能是扬声器的灵敏度
提高，还可使磁体用量大大减少。使扬声器做的小型化，薄型化，轻型化。这一特点为各种电器设备、家用电器、汽车用音响提供轻巧的可能性。
2.2稀土永磁钕铁硼的应用领域（之二）电子器件
稀土永磁（钕铁硼）产品已经广泛应用于各类电子器件中。实现多种控制、保护、安防的功能。举例如下：干簧管也称舌簧管或磁簧开关。他的俩个触电由特殊材料制成，被封装在真空的玻璃管里。只要用磁铁接近它，干簧管俩个节点
就会吸合在一起，是电路导通。干簧管作为传感器可用于计数，限位等等。汽车的里程表就是配套磁铁构成的。门磁用于安防，探测门、窗、抽屉等是否被非法打开并报警。
永磁机构真空断路器具有高可靠性，结构简单，使用寿命长，性价比高等技术特点，可以满足电网安全稳定运行的要求。成为开关制造企业与电网企业关注的热点。磁保持继电器是近几年发展起来的一种新型继电器，对电路骑着自动接通和切断作用。其常闭或常开状态完全依赖永久磁钢的作用，并通过脉冲电信号触发而完成开关转化。多钟电表、电流表根据通电导体在磁场中受磁场力的作用而职称。内部有永磁体，在极间产生磁场。干式水表内也用到稀土磁铁（钕铁硼）2.3稀土永磁钕铁硼的应用领域（之三）医疗设备
随着医疗设备技术的迅猛发展，稀土永磁材料也在此得到广泛的应用。稀土永磁材料制成的磁共振成像仪（MRI），利用一个稳定均匀的大磁场给人体一个脉冲波，通过关闭磁场，使人体内的氢原子吸收或者释放能量。释放能量的变化经过电子计算机对分析处理，就能分辨器官正常或异常，鉴别病变的性质。
和X光断层扫描相比，磁共振成像仪具有安全、无痛苦、无损害。对比度高等优点。堪称为诊断医学史上的一次技术革命。稀土永磁材料还应用在医疗中的磁穴疗法。
由于稀土永磁材料的磁性能很高，并能做成各种形状的磁疗用具，而且不宜退磁，能取得比传统磁疗效果好的疗效。用稀土永磁材料制成磁针、健生磁手镯，磁水杯，磁贴敷、磁性木梳，磁护膝，磁护肩，磁腰带、磁性按摩器等磁疗产品，具有镇静、止痛、消炎、止痒、降压、止泻等作用。
2.4稀土永磁钕铁硼的应用领域（之四）机械设备
稀土永磁钕铁硼在机械设备领域的应用主要在磁选矿、磁分离设备、磁搅拌设备、磁力去污设备、磁力工具等方面。
磁选机是工业中选铁除铁作业最通用的机种，在资源回收、木材业、矿山、窖业、化学工业、食品工业、煤炭、建材行业都有应用。其工作原理：矿浆流入槽体铁磁粉粒在磁场的作用下，产生磁聚团，并且被吸附在圆筒上。磁团随圆筒转动时产生磁搅拌现象，使得夹杂在磁团中的非磁性物从中脱离出来，留在圆筒便面的磁团即精矿。
2.5稀土永磁钕铁硼的应用领域（之五）磁化技术
利用磁场对物质进行磁化作用，改变磁化物质的键状态，或原子、电子阻态，促进物质的化学反应，促进燃料燃烧；或改变物质的结晶形态或凝固点，这一技术称为磁化技术。
钕铁硼磁化技术已越来越为人们所认识。例如，经磁化过的硬水以不再结垢。饮用钕铁硼磁化水可治疗疾病。用磁化水浇灌，可促进生物的生长。目前已有磁水器商品。又如：轮船用钕铁硼磁化减烟节油器，燃油（汽油，柴油等）在燃烧前从磁化减烟节油器在磁场中通过，然后输入燃烧室进行燃烧。其结果是燃烧得更加完全，节油约2-8%，排烟减少80%，减少了对环境的污染。磁化减烟节油器已在汽车，轮船、火车、拖拉机、工业燃油炉中得到了应用。在室友开采过程中，原油中含的腊在一定温度下要凝固，粘在输油管壁上将输油管堵塞，在输油管上装上钕铁硼永磁体做的磁化防腊器后，原油中含的腊不再凝固，并降低了原油粘度，大大促进了油井原油的开采。
3稀土永磁材料的种类
稀土永磁材料（钕铁硼Nd2Fe14B）按生产工艺不同分为以下三种：
3.1烧结钕铁硼（Sintered NdFeB）
烧结钕铁硼永磁体经过气流磨制粉后冶炼而成，矫顽力值很高，且拥有极高的磁性能，其最大磁能积（BHmax）高过铁氧体10倍以上。其本身的机械性能亦相当好，可以切割加工不同的形状和钻孔。高性能产品的物质含量容易导致锈蚀，所以根据不同要求必须对表面进行不同的图层处理。（如镀锌、镍、环保锌镍铜镍，环保镍铜镍等）非常坚硬和脆，有高抗退磁性，高成本/性能比例，不适于高工作温度（>200℃）
3.2粘结钕铁硼
粘结钕铁硼是将钕铁硼粉末与树脂、塑胶或低熔点金属等粘结剂均匀混合，然后用压缩、挤压或注射成型等方法制成的复合型钕铁硼永磁体。产品一次成型，无需二次加工、可直接做成各种复杂的形状。粘结钕铁硼的各个方向都有磁性，可以加工成钕铁硼压缩模具和注塑模具。精密度高、磁性能极佳、耐腐蚀性好、温度稳定性好。
3.3注塑钕铁硼
具有极高之精确度、容易制成各向异性形状复杂的薄壁环或薄磁体。
4烧结钕铁硼毛胚的生产流程
4.1配料
严格按照钕铁硼原料配方将各种成分金属精确称重配混；常用的金属原料有：金属钕，镨钕，特硼，铜，铝，镓，铽，钴，纯铁，镝铁，铌铁。
4.11、所用设备：电子秤、钢筋切断机、除锈抛光机；
4.12、工作流程：统计各种原材料的用量-领料-据单配料-做好相关记录-专
人复查。
4.2熔炼
主要将负责配比好的原料进行高温真空熔炼，生成金属合金铸锭；
4.21、所用设备：真空感应熔炉、原料车、出料车、铁夹炉渣桶，辅助照明灯、套装工具、出料桶、氮气、氩气、耐火材料；
4.22、工作流程：准备-装料-抽真空-熔炼-浇铸-冷却-出料。
4.3制粉
将熔炼后合格的合金锭产品粉碎制成微米级细粉；
4.31、所用设备：氢碎炉、装料装置、装卸料车、氩气、氢气、氮气；
4.32、主要流程：配料-铸片-氢碎-粗粉搅拌-气流磨-细粉搅拌。
氢碎原理：利用稀土金属间化合物的吸氢特性，将钕铁硼合金置于氢气环境下，氢气沿富钕相薄层进入合金，使之膨胀爆裂而破碎，沿富钕相层处开裂，从而使薄片变成粗粉。
4.4成型
根据要求选择相应的模具，将细粉压制成所需的形状使之接近毛胚尺寸，同时施加磁场进行磁性取向。
4.41、所用设备：自动磁场成型压机、真空包装机、自动称粉机、流转车、电子称、磁粉洁具、磁柱、压柄、保护垫、真空包装袋、周转盒。
4.42、流程：模具-磁场-称粉-压制-包装-清理-清场
4.5等静压
将带压制产品装进设备，对其施以各均相等的超高压介质作用，使产品密度增加。
4.51、所用设备：冷等静压机（水介质）、吊车、吊笼、周转车。
4.52、操作流程：准备工作-参数设置-装料-进缸-等静压出缸。
4.6烧结工段
将粉末压柸，加热到基体相熔点以下的温度约（0.70-0.85）T，进行保温处理一段时间。目的是提高压柸密度和强度。使磁体具有高永磁性能的显微组织特征。
4.61、设备：烧结炉、手套箱、烧结盆、液压车、流转车、绝热手套；
4.62、烧结工序流程:领料-进炉-烧结-出炉-检验
至于钕铁硼永磁材料的毛胚基本完成，贯穿于全过程的是严格检验慎密管理，必须确保每个工序环节不出差错，最终才能达成合格的钕铁硼永磁毛胚。而通常情况下还不是成品，还需要进行机械精加工表面图层等工序，所以每一件“磁王”的诞生都来之不易。
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