mile米乐m6官网 在保持性能的同时生产各向异性钐铁氮烧结磁体

米乐m6官方网站[理事长中钵良二]（以下简称“AIST”）无机功能材料研究部[研究部主任 Masanobu Awano] 首席研究员 Kimihiro Ozaki、硬磁材料组研究组组长 Kenta Takagi、研究员 Soda Rikio 等钐铁氮 (Sm-Fe-N) 磁铁不降低磁铁性能的粉末各向异性烧结磁铁制造技术的人。

通常，当Sm-Fe-N磁粉烧结时矫顽力大幅减少，但这次我们证明了造成这种情况的原因是粉末表面的氧气，并开发了一种Sm-Fe-N烧结磁体的新工艺，可以减少从粉末制备到烧结的整个过程中的氧气。这使得Sm₂铁₁₇N₃的各向异性烧结磁体。该烧结磁铁具有优异的耐热性，因此可用于混合动力汽车的驱动电机等高温环境。钕铁硼 (Nd-Fe-B)预计它将能够表现出超过烧结磁体的磁性能。该结果的概要将于2015年10月13日在东京举行的日本产业技术研究院主办的第10届稀有金属研讨会上发表，详细内容将于2015年11月11日至12日在京都举行的粉末冶金协会演讲会上发表。

使用新开发技术和传统技术制造的Sm2铁17N3烧结磁体矫顽力变化率 采用传统技术，矫顽力下降约70%，但采用新技术，矫顽力并没有下降。

　高性能永磁体是高效电机的关键材料，而高效电机是混合动力汽车和环保家电的核心技术，提高磁体性能直接导致电机性能的提高。特别是在混合动力汽车中，电机内部达到180摄氏度左右的高温，因此磁铁必须具有耐热性。

目前，大多数高效电机都使用Nd-Fe-B烧结磁体，这种磁体被认为是最强的磁体，但其矫顽力在高温下迅速下降。因此，目前大多采用Nd-Fe-B烧结磁体重稀土元素添加镝 (Dy) 和铽 (Tb) 以提高耐热性。然而，这些重稀土元素在地壳中的储量很小，而且可开采的区域也很局部，导致价格和供应不稳定。目前，为了减少重稀土元素的使用量，正在开发不使用重稀土元素而具有相同耐热性的Nd-Fe-B烧结磁体。

　另一方面，Nd-Fe-B烧结磁体的性能已经接近理论值，耐热性没有明显改善的前景。然而，在电机领域，需要具有更高性能和更高耐热性的烧结磁体，并且需要开发新的磁体材料。

Sm-Fe-N磁铁是饱和磁化强度为 157 T，与 Nd-Fe-B 磁体 (160 T) 相当各向异性磁场为207 MA/m（260 kOe），约为Nd-Fe-B磁体的四倍。

　然而，由于Sm-Fe-N磁体在650℃左右会热分解，因此人们认为很难通过高温加热来烧结和固化它们。此外，即使在低于该温度的温度下，矫顽力也会由于加热而显着降低。通过混入锌并在低温下烧结也可以提高矫顽力，但实际上并不能用作烧结磁体，因为磁化强度极大降低，磁体性能显着降低。

因此，产业技术研究所正在致力于Sm-Fe-N磁铁粉末的烧结技术的开发。迄今为止，高密度Sm-Fe-N各向同性磁铁高性能各向同性烧结磁体，无需热解粉末即可烧结，且不使用 Dy (AIST 新闻稿，2011 年 7 月 6 日) 已开发。然而，当各向异性磁体粉末被烧结时，矫顽力会降低，因此我们致力于开发不会降低矫顽力的烧结磁体制造技术。

　当采用传统方法烧结市售的Sm-Fe-N磁体粉末时，随着烧结温度的升高，矫顽力迅速下降，磁体性能显着恶化，如图1（a）所示。造成这种现象的原因尚不清楚，但2012年的详细分析预测，矫顽力下降是由于磁粉表面存在氧化膜，加热导致铁析出所致（图2）。

因此，我们在磁粉粉碎、磁场压实、低热负荷烧结过程中创造了低氧环境，以防止粉末表面在烧结凝固前形成氧化膜。精磨是气流磨研磨法使用时，粉末平均粒径小于5μm，矫顽力约为640kA/m（80kOe）。采用新开发的低氧工艺在 400 至 500 °C 的烧结温度下生产的 Sm₂铁₁₇N₃各向异性烧结磁铁的矫顽力为720～600kA/m(90～75kOe)(图1(b))，原料粉末的矫顽力几乎没有降低。使用透射电子显微镜观察时，在使用该工艺生产的烧结体的晶界处没有观察到铁或氧化物等异物相（图3），证实了低氧工艺的有效性。另一方面，当使用新开发工艺生产的粉末暴露在空气中，在其表面形成氧化膜，然后使用低氧工艺烧结时，矫顽力降低一半，达到约320 kA/m（4 kOe）（图1（c））。这些结果表明，由于表面氧化膜的存在，矫顽力下降，并且还表明新开发的低氧工艺可以在不降低矫顽力的情况下生产各向异性烧结Sm-Fe-N磁体。

图 1 使用新开发的工艺制造的 Sm2铁17N3通过常规技术烧结磁体和Sm2铁17N3烧结磁铁的矫顽力比较

采用传统技术(a)由市售粉末制成的烧结磁体，采用开发工艺(b)制成的烧结磁体，以及采用与(b)相同的粉末采用常规技术(c)制成的磁体。在这两种情况下，最左边的图显示了粉末的矫顽力。

图 2 Sm2铁17N3磁体粉末烧结导致矫顽力降低的机理预测

本次开发的图3 Sm2铁17N3烧结磁体烧结界面的透射电子显微镜图像

目前，由于烧结磁体的取向度较低，烧结密度不够，这是磁体性能的指标之一最大能量积 (BH(max))为 190 焦耳/米³(16 MGOe) 左右。未来，我们将通过控制粉末粒度分布、优化烧结工艺，提高烧结密度和取向度，从而提高最大能积。此外，通过控制烧结界面，我们将利用Sm-Fe-N磁体固有的高矫顽力，旨在开发超越Nd-Fe-B烧结磁体的高性能、高耐热烧结磁体。

◆钐铁氮（Sm-Fe-N）磁铁

1987年由Yasuhiko Iriyama和他的同事发现的磁铁。作为Sm-Fe-N磁粉，Sm₂铁₁₇N₃结构和SM₁铁₉N_1.5已经开发了两种类型的结构。目前Sm₂铁₁₇N₃体系粉末为各向异性磁粉，Sm₁铁₉N_1.5类型粉末被制造为各向同性磁粉，并且两者都作为粘结磁体（捏合到塑料或橡胶中的柔性磁体）出售。[返回来源]

◆各向异性烧结磁铁

通过各向异性磁粉定向和烧结而制成的磁体。各向异性磁铁在一个方向具有强磁化强度（在其他方向具有低磁化强度），使其成为强力磁铁。[返回来源]

◆矫顽力

即使从外部施加反向磁场，磁体的极性也不会反转的外部磁场的最大强度。[返回来源]

◆钕铁硼(Nd-Fe-B)

佐川正人等人于1982年开发出的最强稀土永磁体，基本结构为Nd₂铁₁₄B，通过添加元素改善矫顽力和温度特性。特别是Dy或Tb的添加极大地提高了矫顽力。另一个主要特点是可以使用液相烧结来生产烧结体，从而相对容易生产高密度成型体。[返回来源]

◆重稀土元素

镧系15种元素加上钇、钪这17种元素称为稀土元素。轻稀土元素的原子序数相对较小，从镧到铕；重稀土元素的原子序数相对较大，从钆到镥。 Nd-Fe-B 磁体中含有的 Dy 和 Tb 是重稀土元素，实际上仅从离子吸附矿床中开采。 Nd、Sm属于轻稀土元素，在世界范围内分布相对较多，通过资源开发获得的可能性较大。[返回来源]

◆饱和磁化强度

磁性材料通过施加外部磁场而被磁化，但无论施加多高的磁场，磁性材料的磁化值都不会增加（饱和）。[返回来源]

◆各向异性磁场

物理性质值，是磁体可具有的矫顽力的指标。晶体有容易磁化的方向和难磁化的方向，以及各方向饱和磁化所需的磁​​场的差异。[返回来源]

◆各向同性磁铁

各向同性磁铁没有各向异性（烧结）磁铁那么高的磁性，但它们在各个方向上具有均匀的磁性，因此它们不选择磁化方向。各向异性粉末也可以制成各向同性磁体，但各向同性粉末不能制成各向异性磁体。[返回来源]

◆气流磨研磨法

将原料（粗粉）置于高速气流中并高速移动，粗粉通过相互碰撞或与设备内壁碰撞而粉碎成细粉的方法。通过使用惰性气体，可以在不氧化金属粉末的情况下将其粉碎。[返回来源]

◆最大能量积(BH(max))

同时考虑矫顽力和剩余磁通密度的值。它是高性能磁铁的指标。单位：J/m³（SI 单位制）或 GOe（CGS 单位制）。[返回来源]