稀土永磁材料的应用与技术设备

1、第28卷第2期河北工业科技Vo l. 28, N o. 22011年3月H ebei Journal o f Indust rial Science and T echnolo gyM ar. 2011文章编号:1008 1534(2011 02 0129 03稀土永磁材料的应用与技术设备许德良1, 刘长山2(1. 抚顺职业技术学院, 辽宁抚顺 113006; 2. 北方电子设备研究所, 辽宁抚顺 113000 摘 要:介绍了稀土永磁材料的重要地位及其应用领域, 稀土永磁材料的生产设备与技术开发。关键词:稀土永磁材料; 应用与发展; 生产设备与技术开发中图分类号:TM 351 文献标志码:AA

2、pplication of rare earth permanent mag net and the productiontechnology and equipmentXU De liang 1, LIU Chang shan2(1. F ushun Vo cat ional T echnolog y Institute, Fushun L iaoning 113006, China; 2. A r ea N ort h Electro nic Equipment, F ushunL iaoning 113000, ChinaAbstract:T his paper descr ibed t

3、he import ance of r are eart h per manent mag net and intr oduced its applications and pro ductionequipment and technolog y.Key words:r are earth permanent mag net ; applicatio n and development; product ion equipment and technical development 收稿日期:2010 08 30责任编辑:陈书欣作者简介:许德良(1965 , 男, 辽宁抚顺人, 讲师, 主要从

4、事电气控制方面的研究。中国是世界稀土原料和稀土永磁材料生产大国, 稀土资源得天独厚, 储量大, 分布广, 品种全。基础储量8900万t(以稀土氧化物(REO 计, 下同 , 资源量6780万t, 约占世界总量的55%, 广泛分布于全国22个省、自治区, 包头白云鄂博矿是世界最大的铁、稀土、铌等元素的共生矿, 其稀土资源以轻稀土为主, 基础储量占全国储量的87. 2%, 超过世界总储量的40%; 分布于江西、广东、福建、湖南、广西等南方省、自治区的离子型稀土矿, 是中国独有的中、重稀土战略资源, 1992年邓小平在南方视察时指出 中东有石油, 中国有稀土, 一定要把稀土的事情办好。 中国稀土工业

5、特别是在改革开放以来, 稀土永磁工业发展迅猛, 建成了采选、冶炼分离、深加工、新材料及稀土应用产品的集科研、开发、生产、应用于一体的较为完整的工业体系, 成为世界上最大的稀土资源生产、出口和消费国, 在国际市场上居支配和主导地位, 是中国为数不多的具有国际竞争力的优势产业之一, 稀土永磁工业为中国国民经济和国防建设做出了重要贡献。随着世界科学技术的发展和经济全球一体化的不断深入, 未来稀土永磁产品市场需求将不断增加, 预计今后一个时期, 国内外在国防军工、航空航天、核工业、汽车、电子、信息等高技术领域, 对各类稀土新材料的需求将继续保持快速增长, 为稀土永磁工业的发展提供了广阔的市场空间。20

6、08年世界稀土消费量约为13万t, 其中中国国内消费7万t, 到2015年预计世界稀土需求将达到21万t, 中国国内需求达13. 8万t1 2。1 中国稀土产业装备与技术开发升级换代Sc 炉不断改进, Sc 片厚度控制在0. 30. 4mm, 抑制Q Fe 析出, 2 14 1相片状晶细化, 富Na 相分散, 分布均匀, 表面由黑色变银灰色, Sc 炉容量逐步扩大, 50kg 600kg 1000kg, 容量不断扩大, 可减少能耗, 减少操作人员, 有利于降低成本。H D 炉不断改进, 脱氢至10500Pa 可控制。JM 设备不断改进, 粉颗粒分布更窄, 平均晶粒尺寸为34m m, 粉体氧含量

7、(质量分数, 下同 可控制在500 10-61000 10-6范围内。不同企业控制的氧含量有所不同。随着烧结炉的不断改进, 使管式真空烧结炉向真空烧结炉或连续烧结炉技术发展。中国稀土永磁产业装备与技术升级情况见表1。表1 中国稀土永磁产业装备与技术升级情况T ab. 1 Char act eristics and techno lo gies o f Chinese rar e ear th per manent mag net industr y时期铸锭制粉磁场取向成型烧结回火 早期圆饼状、炮弹形粗粉、细粉, 机械式湿法、球磨1518cm g s , 无气体保护一次成型管式炉, 卧式烧结炉,

8、 单式管式烧结炉, 卧式真空烧结炉, 单式近期薄铁状ScHD JM Ar N 2保护, 加润滑剂2. 02. 47, N 2保护, 氧质量分数控制在<0. 1%两次成型卧式, 连续炉, Ar 或N 2气淬卧式真空烧结炉, 连续烧结炉2 烧结钕 铁 硼的力学特性与强韧化近年来, 功能材料向着结构和功能一体化的方向发展, 永磁材料力学性能与强韧化研究开始引起广泛关注。大量实验表明:烧结Nd Fe B 磁体的断裂方式为沿晶裂, 其抗弯强度和断裂韧性在平行和垂直方向上与取向方向存在较强各向异性。在烧结过程中存在较强的收缩各向异性是导致烧结Nd Fe B 材料的断裂行为向异性的原因。通过改变回火工

9、艺, 控制稀土相分布和适当调整B 含量, 可大幅度提高烧结Nd Fe B 的抗弯强度, 而不降低其磁性能。研制出的高强韧性Nd Fe B 磁体, 其抗冲击过载性能大于105, 强度大于400Pa, 当Na 质量分数低于19%时, 烧结Nd Fe B 抗冲击性能随Na 质量分数的增加明显增加, 当Na 质量分数高于19%时, Na 质量分数进一步增加, 磁体的断裂韧性增加不明显。轻稀土元素Pr 取代烧结Ce Fe B 的抗冲击性能, 重稀土元素Dy 取代烧结Re Fe B 的抗冲击性能。3 高温钐钴永磁合金Sm 2Co 17的2 17型钐钴永磁材料具有优异的温度稳定性(居里温度, 剩磁温度系数,

10、 内矫顽力温度系数都明显优于其他稀土永磁材料 , 良好的抗腐蚀性能和较高的磁性能。近年来随着武器需求的进一步发展, 对永磁材料提出了高使用温度、高稳定性、长寿命的要求。长期以来, 发达国家投入了大量资金对提高磁体的使用温度以及稀土永磁的稳定性、可靠性进行了深入的研究, 随着航空航天和军事技术的进步, 要求永磁材料温度可以在400500 范围内, 具有较高的性能并且可稳定工作, Sm 2Co 17型永磁材料合金成为首选材料。4 中国稀土永磁材料的未来发展和新的应用领域4. 1 风力发电产业的发展风能是一种清洁的永续能源, 与传统能源相比, 风力发电不依赖矿物资源, 没有燃料价格成本, 发电成本稳

11、定, 也没有包括碳排放等环境成本。截至2007年, 全球风能发电总装机容量接近9385万kW, 比2006年增长了20%。中国风力资源储备丰富, 1997年至2007年间, 风电行业装机容量从14. 57万kW 增长到591. 2万kW, 增长近37倍, 近3年来平均增长速度达70%, 远远高于世界主要发达国家平均30%的水平。4. 2 节能环保家电在能源日趋紧张的今天, 节能减排已经成为全世界高度关注的问题, 新一代的的变频空调器因为节能效果明显, 温度调解平稳, 整个频率范围内运行噪声低等一系列优点, 受到广泛关注。2007年, 全球产销空调数量近9000万台, 其中约15%采用了永磁变频

12、压缩机。日本变频电机使用占90%, 欧美占25%, 中国不到10%。随着变频空调的逐渐普及, 相关永磁直流电机和钕 铁 硼磁体的使用量将会越来越多, 市场容量巨大。4. 3 混合动力汽车产业在节能减排日趋重要的今天, 电动汽车的开发显得尤为迫切。鉴于电动汽车的技术限制和成本, 目前最理想的解决方案是混合动力车型, 在全球市场范围内, 混合动力车型的生产和销售已经颇具规模。中国国内也出台了相关的政策, 鼓励生产环保节能车型。混合动力车的发电机采用永磁同步电机, 每台电机需使用烧结Nd Fe B 磁体23kg, 随着未来混合动力及电动汽车的发展, 未来Nd Fe B磁体的需求也无疑是巨大的。4.

13、4 工业节能电机工业电机是一种应用量大, 使用范围广泛的高耗能动力设备, 即使电机效率提高一个很小的幅度, 也可以带来巨大的能量节约。为节能减排, 抑制全球变暖, 开发了高效节能的永磁电机 内插式永磁电机。内插式永磁电机采用矩形烧结N d Fe B 磁体, 插于转子碟片槽内。异步电机目前的负载效率为82. 5%, 具有10%的节能潜力。永磁对负载的敏感度低, 可以保持恒定效率。风机/水泵电机使用变频电机将有5%以上的节能潜力。目前化纤电机、新型设计的电机、超高效电机有优先使用永磁电机的可能, 一般在目前情况下23年收回投资。随着性能的提高和驱动、控制系统的完善, 以及成本的降低, 稀土永磁节能

14、电机将越来越多地替代传统工业电机, 应用前景十分看好。5 结 语经过20年的发展, 中国在稀土永磁材料研究、生产中取得了大量成果, 稀土永磁材料产业实现了跨越式的发展和进步, 新的应用领域与需求, 新工艺、新设备将不断涌现, 推动稀土永磁材料向更高性能、更高稳定性和更高工作温度方向发展。中国应进一步加大对稀土永磁材料研究与发展的投入, 充分整合中国国内的技术和资源优势, 大力开展新型永磁材料、新设备技术的开发与应用, 降低稀土资源与能源消耗, 发展绿色和环境良好的稀土永磁产业, 提高中国永磁材料的研究、生产与应用的质量水平, 推动稀土永磁制造产业的升级, 并力争在新一代永磁材料的研究方向有所突

15、破。参考文献:1 林河成. 中国稀土永磁材料的发展现状及前景J. 矿业快报,2006(10 :1 4.2 石 富. 稀土永磁材料制备技术M . 北京:冶金工业出版社,2007.(上接第128页产, 创造出良好的经济效益和环境效益。参考文献:1 WU W Z, H AN B X, GAO H X, et al. Desulfu rizationof fluegas S O 2ab sorption by an ionic liquidJ. Angew Chem Int Ed it, 2004, 43(18 :2415 2417.2 ZH ANG Z M , WU L B, JIE D, et a

16、l. Preparation and SO 2sorption /desorption beh avior of an ionic liquid s upported on porous silica particles J . In dustrial &Engineerin g Chemistry Re search, 2009, 48(4:2142 2148.3 AN D, W U L B, LI B G, et al. S ynthes is and SO 2abs orption /des orption pr operties of poly(1, 1, 3, 3 tetra

17、m ethylgu anidin e J. M acromolecules, 2007, 40(9 :3388 3393.4 张正敏, 吴林波, 朱世平, 等. 固定化离子液体的制备及其在气体分离中的应用研究J. 科技通报, 2009, 25(3 :305 310. 5 ZH AI L Z, ZH ONG Q, H E C, et al. Hydr ox yl ammonium ionicliquid synthesized by w ater bath microw ave:Synth esis an d des uiluriz ationJ . J ou rnal of H azardou

18、 s M aterials, 2010, 177:807 813.6 KI Y K, M ARK S. Separation of carbon dioxide and s ulfur dioxide usin g room temp eratu re ionic liquid H M IM M eSO 4J. En ergy &Fuels, 2010, 24(2:1001 1008.7 ANDERSON J L, DIXON J K, M AGINN E J, et al. M easur ement of SO 2solubility in ionic liquids J . J Phys Ch em B, 2006, 110:15059 15062.8 GUO B, DUAN E H , REN