銣鐵硼磁體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

釹鐵硼化合物的表達(dá)式為R₂Fel₄B(原子比)，四方晶體結(jié)構(gòu)，有很強(qiáng)的磁晶各向異性和很高的飽和磁化強(qiáng)度。其代表性的磁體成分是Nd₁₅Fe₇₇B₈ (at )。

釹鐵硼磁體是指由稀土元素R與鐵、硼組成的金屬間化合物。R主要是釹或釹與其它稀土元素的組合，有時(shí)也用鈷、鋁、釩等元素取代部分鐵。隨著計(jì)算機(jī)、通訊等產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，稀土永磁特別是NdFeB永磁產(chǎn)業(yè)得到了飛速發(fā)展。稀土永磁材料是已知的綜合性能最高的一種永磁材料，它比十九世紀(jì)使用的磁鋼的磁性能高100多倍，比鐵氧體、鋁鎳鈷性能優(yōu)越得多，比昂貴的鉑鈷合金的磁性能還高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不僅促進(jìn)了永磁器件向小型化發(fā)展，提高了產(chǎn)品的性能，而且促使某些特殊器件的產(chǎn)生，所以稀土永磁材料一出現(xiàn)，立即引起各國(guó)的極大重視，發(fā)展極為迅速 。

釹鐵硼磁體的制造工藝有粉末冶金法和熔體快淬法。粉末冶金法由冶煉、制粉、壓制成型、燒結(jié)和熱處理等工藝環(huán)節(jié)組成。熔體快淬法由熔體快淬、制粉、成型等環(huán)節(jié)組成 。

快淬粉末經(jīng)過熱壓，固結(jié)成各向同性磁體，熱壓磁體再經(jīng)過模鐓鍛制成各向異性磁體。快淬粉末還用來制作粘結(jié)磁體。

釹鐵硼磁鐵可分為粘結(jié)釹鐵硼和燒結(jié)釹鐵硼兩種。粘結(jié)實(shí)際上就是注塑成型，而燒結(jié)是抽真空通過高溫加熱成型 。

此外還有一種熱軋工藝、特別適合制作Pr-Fe-B-Cu型磁體。因磁性能優(yōu)異，Nd-Fe-B型磁體獲得了廣泛應(yīng)用，主要用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、聲波換能器、各種傳感器、醫(yī)療器械和磁力機(jī)械等。

我國(guó)研制生產(chǎn)的各種稀土永磁材料的性能已接近或達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。稀土永磁材料已成為電子技術(shù)通訊中的重要材料，用在人造衛(wèi)星，雷達(dá)等方面的行波管、環(huán)行器中以及微型電機(jī)、微型錄音機(jī)、航空儀器、電子手表、地震儀和其它一些電子儀器上。稀土永磁應(yīng)用已滲透到汽車、家用電器、電子儀表、核磁共振成像儀、音響設(shè)備、微特電機(jī)、移動(dòng)電話等方面。在醫(yī)療方面，運(yùn)用稀土永磁材料進(jìn)行“磁穴療法”，使得療法大為提高，從而促進(jìn)了“磁穴療法”的迅速推廣。在應(yīng)用稀土的各個(gè)領(lǐng)域中，稀土永磁材料是發(fā)展速度最快的一個(gè)。它不僅給稀土產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來巨大的推動(dòng)力，也對(duì)許多相關(guān)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生相當(dāng)深遠(yuǎn)的影響 。

1生產(chǎn)量、生產(chǎn)能力及專利問題

世界釹鐵硼磁體的生產(chǎn)中心已經(jīng)轉(zhuǎn)移到了中國(guó)，主要集中在寧波地區(qū)、山西太原地區(qū)、京津地區(qū)等。2000年全球燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量為15090噸，其中中國(guó)5550噸（占37%），日本7700噸（占50%），美國(guó)1020噸（占7%），歐洲820噸（占5%）。2001年中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量約為6400噸，2002年為8000噸，2003年達(dá)到1.5萬噸，成為世界第一的燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)大國(guó)[2,3]。從產(chǎn)量上說，中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼在2003年已占世界總產(chǎn)量的73%，日本、歐洲和美國(guó)分別占24.5%、1.8%和0.7%。估計(jì)2004中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼的產(chǎn)量在2到2.5萬噸之間，其中寧波地區(qū)（包括浙江其它地區(qū)）約1萬噸，太原地區(qū)約8千噸，京津地區(qū)約5千噸，其它地區(qū)約2千噸。而生產(chǎn)能力到今年底應(yīng)能達(dá)到3萬噸。目前我國(guó)的釹鐵硼生產(chǎn)廠大約有150家，年產(chǎn)1000噸以上的有10家左右。

從燒結(jié)釹鐵硼新廠投資建設(shè)和老廠擴(kuò)建來看，2003~2004年為一個(gè)高潮期。2004年與2003年相比，生產(chǎn)能力幾乎翻番。預(yù)計(jì)2005年到2010年增長(zhǎng)會(huì)略為放緩。之所以在2003~2004年生產(chǎn)能力有較快增長(zhǎng)，有三個(gè)原因：一是實(shí)際需求確實(shí)有較快增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的生產(chǎn)能力用來滿足國(guó)際及國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求；二是前幾年對(duì)2003年日本釹鐵硼主要成分專利失效有較高期望；三是我國(guó)釹鐵硼產(chǎn)品的檔次有了很大提高，開拓了更廣闊的市場(chǎng)。

專利始終是困擾中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼發(fā)展的一個(gè)重要問題，有關(guān)情況見表1。從表1看，2014年以后日本無論如何也沒有道理以專利為由來限制中國(guó)了。實(shí)際上除了主要成分專利外，關(guān)于釹鐵硼成分及工藝方面的專利有很多（幾百個(gè)），例如IntermetallicsCo.,Ltd的橡膠模等靜壓（RIP）工藝及滾鍍（BPCoating）工藝、日立金屬的濕法低氧工藝、三德金屬和昭和電工的甩帶工藝、美國(guó)坩堝公司（已關(guān)閉）的高氧含量工藝等。中國(guó)在釹鐵硼領(lǐng)域的專利也很多，例如羅陽的“甩帶工藝專利”、南開大學(xué)周永洽等的“共沉淀還原擴(kuò)散法制備釹鐵硼永磁合金”專利等。所以，可以肯定地說2004年以后專利的控制會(huì)越來越弱，而2014年以后應(yīng)該不會(huì)起多大作用了。

目前已經(jīng)購(gòu)買了住友專利的中國(guó)公司有：三環(huán)新材料高技術(shù)公司、北京京磁技術(shù)公司、安泰科技有限公司、北京清華銀納高科技發(fā)展公司、寧波韻升強(qiáng)磁有限公司。由于購(gòu)買了專利，上述公司和中國(guó)的其他企業(yè)相比在銷售上有較多的優(yōu)勢(shì)?？梢灶A(yù)見，2012年前后情況會(huì)有所變化，專利優(yōu)勢(shì)會(huì)不再那么明顯。因此，從產(chǎn)能上看（考慮到建設(shè)周期），2010~2015年將是中國(guó)釹鐵硼又一個(gè)大發(fā)展的時(shí)期。

2產(chǎn)品檔次

中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼的發(fā)展不僅表現(xiàn)在產(chǎn)量上，檔次上也有了令人難以置信的提高。正如梁樹勇等預(yù)見的那樣，現(xiàn)在中國(guó)的燒結(jié)釹鐵硼已經(jīng)大規(guī)模進(jìn)入VCM、MRI、CDpick-up、CD-ROM等高技術(shù)領(lǐng)域。2003年中國(guó)釹鐵硼的高技術(shù)應(yīng)用已占到全部產(chǎn)量的30.7%，其中VCM磁體占1.1%。目前少數(shù)廠家已經(jīng)能夠批量生產(chǎn)N53、52M、48H等高檔次產(chǎn)品，達(dá)到了世界一流水平。例如，高汝偉等報(bào)道的性能如下：a)Br=1.457T(14.57kG)，Hci=1148kA/m(14.43kOe)，(BH)max=408kJ/m3(51.3MGOe)；b)Br=1.32T(13.2kG)，Hci=2035kA/m(25.57kOe)，(BH)max=320kJ/m3(39.9MGOe)。至少有5家企業(yè)可以批量生產(chǎn)N50、48M、45H、42SH、40UH等世界公認(rèn)的主流高檔產(chǎn)品。至于45M、N45、42H等常規(guī)中、高檔產(chǎn)品，國(guó)內(nèi)至少有十幾家可以生產(chǎn)。實(shí)際上，由于激烈的競(jìng)爭(zhēng)，低檔產(chǎn)品已經(jīng)很難贏利，利潤(rùn)源主要是中、高檔產(chǎn)品。預(yù)計(jì)2005年中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼的高技術(shù)應(yīng)用可望達(dá)到40~50%。

這里值得一提的是音圈電機(jī)（VoiceCoilMotor,VCM）所用的高性能燒結(jié)釹鐵硼，因?yàn)閂CM磁體應(yīng)用份額的多少能夠在一定程度上表明一個(gè)國(guó)家燒結(jié)釹鐵硼的生產(chǎn)、應(yīng)用水平。VCM磁體在2000年前主要為42M、45M、48M等牌號(hào)的產(chǎn)品，現(xiàn)在主導(dǎo)產(chǎn)品為48M、45H等牌號(hào)。50M、52M、48H也占有一定的市場(chǎng)份額。估計(jì)在近五年內(nèi)基本情況不會(huì)有很大變化。VCM磁體的主要供應(yīng)商為日本的Neomax公司（原住友公司）、日本信越、寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司及日本TDK公司等。

國(guó)內(nèi)VCM磁體的發(fā)展大致可分成三個(gè)階段。第一階段為2000~2002年，此時(shí)國(guó)內(nèi)有少數(shù)幾家公司試圖進(jìn)入低檔VCM市場(chǎng)（例如：42M產(chǎn)品，韓國(guó)、臺(tái)灣客戶等），但由于當(dāng)時(shí)的性能、電鍍、氫爆碎等技術(shù)尚未成熟，所以未能如愿以償。

第二階段為起步階段，時(shí)間為2002~2005年。此期間有少數(shù)中國(guó)廠家可以提供少量較低性能的產(chǎn)品給一些小的VCM客戶。有幾個(gè)較大的釹鐵硼磁體廠在嘗試通過希捷科技（SegateTechnology，Segate）等世界著名的HDD客戶的認(rèn)證，但直到2004年底都未成功。值得欣慰的是，在這段時(shí)間里，中科三環(huán)寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司在VCM磁體這一領(lǐng)域取得了巨大的成功?？茖庍_(dá)從2002年初開始VCM磁體項(xiàng)目（與MagnequenchLtd.(MQ)合作），在2003年前后開始大批量供貨，主要客戶為西部數(shù)據(jù)（WestDigital，WD）、麥拓（Maxtor）、MMIIndustriesCo.Ltd（MMI）、銘異科技股份有限公司（MinAikTechnologyCo.,Ltd.）等世界著名的公司。目前的主要產(chǎn)品為48M及45H，下一個(gè)目標(biāo)為50M、52M、48H等。計(jì)劃2005年達(dá)到1.5億片左右，產(chǎn)值3億元左右。

第三階段為中國(guó)VCM磁體的發(fā)展與成熟階段，時(shí)間應(yīng)該在2005~2015年。到2015年底，中

國(guó)VCM磁體的產(chǎn)量應(yīng)該可以達(dá)到世界VCM磁體總量的50~80%。在這段時(shí)間內(nèi)，中科三環(huán)的寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司、天津三環(huán)樂喜新材料有限公司、北京環(huán)磁新技術(shù)有限公司等都應(yīng)該有能力生產(chǎn)VCM磁體。寧波韻升高科磁業(yè)有限公司、安泰科技股份有限公司、煙臺(tái)正海磁性材料有限公司、煙臺(tái)首鋼磁性材料股份有限公司、山西運(yùn)城恒磁新材料有限公司、杭州永磁集團(tuán)有限公司、寧波永久磁業(yè)有限公司、寧波金雞釹鐵硼強(qiáng)磁材料有限公司、浙江英洛華磁業(yè)有限公司等都有可能涉足這一領(lǐng)域。在這一領(lǐng)域最具優(yōu)勢(shì)的是中科三環(huán)各公司（特別是科寧達(dá)）及寧波韻升高科磁業(yè)有限公司。科寧達(dá)公司的優(yōu)勢(shì)在于已經(jīng)掌握VCM磁體的制備技術(shù)，積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)，與MQ合作，建成了VCM磁體后加工廠、電鍍廠及凈房等；韻升強(qiáng)磁的優(yōu)勢(shì)在于先進(jìn)的毛坯設(shè)備、一定的規(guī)模、一定的經(jīng)驗(yàn)等。寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司能夠大舉進(jìn)入VCM這一領(lǐng)域，標(biāo)志著我國(guó)釹鐵硼企業(yè)已經(jīng)進(jìn)入高檔產(chǎn)品的時(shí)代，中國(guó)企業(yè)只能生產(chǎn)中、低檔釹鐵硼的時(shí)代已經(jīng)一去不復(fù)返了。

3工藝水平

中國(guó)釹鐵硼磁體性能檔次的快速提高與工藝和設(shè)備的進(jìn)步是分不開的，正是一個(gè)又一個(gè)的工藝進(jìn)步奠定了中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼大廈的基石。以下以時(shí)間為序?qū)Υ思右钥偨Y(jié)。

（1）1984~1987年。這一時(shí)期基本上是中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼的起步階段，那時(shí)的工藝基本上是“炮

彈式錠模熔煉→鱷破→球磨→管式爐燒結(jié)、時(shí)效→后加工→磁測(cè)→包裝”。材料水平基本上是N30、N35等。

（2）1987~1997年。在這段時(shí)間里中國(guó)釹鐵硼廠采用了方形雙面冷卻錠模熔煉，引進(jìn)了德國(guó)

AFG200氣流磨、美國(guó)VFS及ABAR燒結(jié)爐等。氣流磨和燒結(jié)爐的引進(jìn)是中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼的一個(gè)里程碑，使釹鐵硼主要的制備工藝技術(shù)前進(jìn)了一大步。在這方面，中科三環(huán)、寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司的王震西、姚宇良等是時(shí)代的先驅(qū)，為中國(guó)釹鐵硼的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。在這一時(shí)期，日本、歐美等已經(jīng)開始采用氣流磨添加潤(rùn)滑劑工藝、甩帶工藝、氫爆碎工藝、雙合金法等。中國(guó)科學(xué)家也開展了這些方面的研究工作，但基本上處于研究階段，有一些結(jié)果也基本上是實(shí)驗(yàn)室結(jié)果。當(dāng)然，在這段時(shí)間其他相關(guān)的方面也取得了很大的進(jìn)步。例如配方上開始注意Dy、Tb、Nb、Co、Cu、Ga、Mo、W、Al等元素對(duì)磁性能的影響，已經(jīng)基本上搞清楚了各元素的作用。后加工中的掏孔、輪廓磨、電鍍等都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步。特別是稀土提取與冶煉技術(shù)的進(jìn)步（可以得到更純的稀土）對(duì)性能的提高也起了很大的作用。

（3）1998~2000年。梁樹勇等報(bào)道了將潤(rùn)滑劑（有人稱之為添加劑或防氧化劑）成功應(yīng)用于燒結(jié)釹鐵硼批量生產(chǎn)并生產(chǎn)出42M、N45等牌號(hào)的產(chǎn)品。他們的工作使中國(guó)釹鐵硼的工藝水平有了進(jìn)一步的提高，具有重要意義。添加潤(rùn)滑劑不僅大大提高了氣流磨的出料速度，而且可以使剩磁提高20~30mT，磁能積提高16~24kJ/m3。在這段時(shí)間內(nèi)中國(guó)釹鐵硼企業(yè)開始將甩帶工藝、氫爆碎工藝及類雙合金（主要采用了均勻化處理）工藝應(yīng)用于小批量生產(chǎn)，并且取得了性能上的

進(jìn)一步提高。與此同時(shí)，煙臺(tái)首鋼、寧波韻升等公司開始購(gòu)買日本、德國(guó)等國(guó)外先進(jìn)的設(shè)備，包括甩帶爐、氫爆碎爐等。先進(jìn)的設(shè)備為先進(jìn)工藝的實(shí)施提供了基礎(chǔ)。

（4）2001~2005年。這是中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼大發(fā)展的一個(gè)階段，預(yù)計(jì)2005年的產(chǎn)量是2001年的

4~5倍。煙臺(tái)正海、煙臺(tái)首鋼等報(bào)道了批量生產(chǎn)N53等產(chǎn)品，寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司已經(jīng)大舉進(jìn)軍VCM等領(lǐng)域，說明中國(guó)的燒結(jié)釹鐵硼企業(yè)已經(jīng)擺脫了只能生產(chǎn)中、低檔產(chǎn)品的局面，正在義無返顧地向高端市場(chǎng)進(jìn)軍。這段時(shí)間中國(guó)較大的釹鐵硼廠都已經(jīng)基本掌握了甩帶工藝、氫爆碎工藝并將新工藝應(yīng)用于批量生產(chǎn)。甩帶工藝的關(guān)鍵是合格的甩帶爐，如果有合格的甩帶爐并得到合格的甩帶片，則甩帶工藝的掌握并不難。與甩帶工藝相比，對(duì)氫爆碎（HD）工藝的掌握才是近幾年釹鐵硼工藝飛躍式進(jìn)步的關(guān)鍵，這不是一般的里程碑，而是中國(guó)釹鐵硼發(fā)展史上的一塊豐碑。是否采用HD技術(shù)是中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼與國(guó)外工藝技術(shù)的最重要差別之一。不論是甩帶技術(shù)，還是雙合金技術(shù)等公認(rèn)的先進(jìn)技術(shù)都離不開HD技術(shù)。HD技術(shù)是高性能、高品質(zhì)燒結(jié)釹鐵硼制備中不可缺少的一步。所謂HD技術(shù)就是將鑄錠或甩帶片用H2處理（反應(yīng)可在常溫或200℃左右進(jìn)行，H2壓力一般小于0.3MPa），然后于400~600℃脫氫。經(jīng)過氫爆碎處理后，釹鐵硼的鑄錠或甩帶片已變得非常疏松，經(jīng)過中破，然后進(jìn)氣流磨或氫爆碎后直接進(jìn)氣流磨。此時(shí)出粉速度是傳統(tǒng)工藝的2~3倍，大大提高了氣流磨的效率，降低了成本。氫爆碎后不僅提高了出料速度，而且可以將釹鐵硼粉磨得更細(xì)（例如2.8~3.5μm。傳統(tǒng)工藝一般在3.8~5.0μm。），從而可使成品磁體的晶粒尺寸達(dá)到10μm以下（傳統(tǒng)工藝的晶粒尺寸為20~40μm）。晶粒尺寸的變小意味著矯頑力的提高，同時(shí)大大提高了磁體的抗腐蝕能力。

4設(shè)備制造水平

毫無疑問，中國(guó)釹鐵硼的發(fā)展為釹鐵硼設(shè)備制造商提供了很好的機(jī)會(huì)，大多數(shù)廠家也確實(shí)賺足了錢，但同時(shí)我們也要看到，正是中國(guó)許多設(shè)備廠家的努力才使中國(guó)的釹鐵硼有了今天輝煌的成就。

4.1熔煉爐

熔煉技術(shù)基本上由前往后的順序是：炮彈狀（式）錠模、方形雙面冷錠模、轉(zhuǎn)盤錠模及甩帶。由炮彈狀（式）錠模到方形雙面冷錠模是一個(gè)較大的進(jìn)步，與炮彈狀（式）錠模比雙面冷有效地抑制了α-Fe的析出，所以對(duì)提高剩磁有利。目前大多數(shù)小廠的主流熔煉方式仍然是這種方式，一般錠子厚度在20~30mm。轉(zhuǎn)盤錠模熔煉對(duì)提高熔煉效率有幫助，現(xiàn)在常見的是50kg和100kg兩種。轉(zhuǎn)盤錠模熔煉錠子的厚度在15mm左右，錠子表面易凸凹不平，對(duì)于一般性能的產(chǎn)品在成本降低上有一定的好處，但對(duì)制備高性能產(chǎn)品沒有明顯優(yōu)勢(shì)。如果錠子表面凸凹不平，則難以打磨（特別是許多高性能產(chǎn)品的錠子需要經(jīng)過均勻化處理時(shí)），易產(chǎn)生氣孔、沙眼等，同時(shí)由于混入一定量的氧化皮而影響磁性能。

甩帶爐的研發(fā)成功是釹鐵硼熔煉設(shè)備的一個(gè)巨大進(jìn)步，是中國(guó)釹鐵硼發(fā)展史上的一個(gè)里程碑。有了廉價(jià)的國(guó)產(chǎn)甩帶爐，才使甩帶工藝的采用成為可能。甩帶工藝又稱帶鑄工藝或速凝薄片工藝。這種工藝最早由日本的三德金屬（僅提供速凝薄帶，不生產(chǎn)磁體）與住友金屬采用并獲得專利權(quán)。帶鑄工藝的特點(diǎn)在于有效地消除了α-Fe，富釹相均勻并使晶粒得到細(xì)化，有益于生產(chǎn)高剩磁及高矯頑力產(chǎn)品。實(shí)際上早在1990年代初，鋼鐵研究總院等科研院所就已經(jīng)開始甩帶設(shè)備的研究，但那時(shí)主要目的是制備快淬粉。真正將目標(biāo)定在燒結(jié)用甩帶的甩帶爐的研制要追溯到1997年，在這一年沈陽中北真空開始了這項(xiàng)工作。中北真空首先推出的是50kg雙輥甩帶爐，這種爐并不太成功，存在帶子粘結(jié)、厚薄不勻、滾輪卡死等問題。后來改成單輥甩帶爐，解決了上述問題，所得帶子的質(zhì)量與國(guó)外產(chǎn)品不相上下，與三年前的帶子相比更是進(jìn)步極大。現(xiàn)在的主流甩帶爐為150kg、200kg等。中北真空已經(jīng)與日本真空合作生產(chǎn)600kg甩帶爐，預(yù)計(jì)質(zhì)量上與日本的甩帶爐不會(huì)有什么差別。現(xiàn)在甩帶爐供應(yīng)商不止中北真空一家，主要集中在沈陽、錦州、北京等地。

4.2中碎設(shè)備

過去中碎主要是鱷破→對(duì)輥（或帶篩球磨）→錐磨等。現(xiàn)在一般采用粗錘破→（氫爆碎）→錘磨。

新工藝節(jié)省了時(shí)間，提高了效率。一般一臺(tái)錘破設(shè)備每小時(shí)能夠處理200kg左右的錠子，粗粉粒度50~200目，粒度分布偏寬，細(xì)粉太多。如果以后都采用甩帶工藝，則直接氫爆碎，無須中碎一步。

4.3氫爆碎爐

氫爆碎爐的分類有兩種方法，一種根據(jù)加熱方式，另一種根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式。根據(jù)加熱方式可分為

內(nèi)熱式和外熱式兩類，根據(jù)運(yùn)動(dòng)方式可分為靜止式及旋轉(zhuǎn)式兩類。目前我國(guó)國(guó)內(nèi)用于燒結(jié)釹鐵硼的氫爆碎爐主要有日本島津、德國(guó)NKEPOWDERTECHNOLOGYGMBH、太原開源永磁設(shè)備有限公司、山西金開源實(shí)業(yè)有限公司、浙江省奉化百達(dá)機(jī)床廠、北京博睿華創(chuàng)磁電設(shè)備技術(shù)有限公司等公司的產(chǎn)品。太原開源永磁設(shè)備有限公司、山西金開源實(shí)業(yè)有限公司是我國(guó)專門生產(chǎn)用于釹鐵硼氫爆碎的氫爆碎爐的鼻祖，后起之秀為浙江省奉化百達(dá)機(jī)床廠。太原開源永磁設(shè)備有限公司和山西金開源實(shí)業(yè)有限公司的QS-1型氫爆碎爐于2001年出廠，QS-500型于2002年出廠。QS-500型為我國(guó)目前的主流產(chǎn)品，現(xiàn)有20多臺(tái)應(yīng)用在各釹鐵硼生產(chǎn)廠家。

4.3.1山西金開源實(shí)業(yè)有限公司QS-1型氫爆碎爐

這種氫爆碎爐設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，成本低，基本組成可以分成兩部分：第一部分為桶形不銹鋼反應(yīng)

器；第二部分為加熱包式脫氫爐。其形狀根據(jù)裝爐及出爐方式不同，每爐可裝100~200kg。冷水浸泡式冷卻。由于釹鐵硼物料不直接與桶壁接觸，所以冷卻速度較慢，一般一個(gè)循環(huán)需要24h左右。

4.3.2太原開源永磁設(shè)備有限公司QS-500氫爆碎爐

QS-500為外熱式旋轉(zhuǎn)氫爆碎爐。它的基本組成也是兩部分：第一部分為可旋轉(zhuǎn)雙口不銹鋼反應(yīng)器；第二部分為對(duì)扣加熱包式脫氫爐。在安全方面，具有氣體操作安全內(nèi)鎖系統(tǒng)，包括爆破盤、卸壓閥（兩級(jí)）、斷電自動(dòng)充氬保護(hù)、吸氫負(fù)壓時(shí)自動(dòng)充氬減緩反應(yīng)等，加熱脫氫為外熱式，動(dòng)密封采取磁

流體密封技術(shù)。冷卻為噴淋水冷式，成本較低，但水氣對(duì)環(huán)境有害。裝爐有兩種方式：一種為螺旋喂料，另一種為振動(dòng)喂料。實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)裝爐不太理想。出爐為螺旋旋轉(zhuǎn)出爐，可直接接料桶，較為方便。由于采用了旋轉(zhuǎn)，所以吸、脫氫徹底、均勻。QS-500每爐可裝600kg，每個(gè)循環(huán)約15h。

4.3.3奉化百達(dá)BDR300氫爆碎爐

BDR300氫爆碎爐為浙江省奉化百達(dá)機(jī)床廠的第一代產(chǎn)品，它屬于外熱式、旋轉(zhuǎn)氫爆碎爐，與QS-500氫爆碎爐有類似之處。從安全上看，與QS-500氫爆碎爐一樣采取了很多措施。其中包括全自動(dòng)安全互鎖功能、爆碎盤、卸壓閥、斷電自動(dòng)充氬保護(hù)、吸氫負(fù)壓時(shí)自動(dòng)充氬減緩反應(yīng)等安全防護(hù)措施。從操作及控制方面看，有PLC控制、溫度和壓力監(jiān)控等措施。從氫爆碎效果看，與其它旋轉(zhuǎn)式氫爆碎爐一樣，物料吸氫與脫氫徹底、均勻。設(shè)計(jì)溫度800℃，使用溫度600℃或600℃以下。處理量約300kg/爐，每個(gè)循環(huán)約6h。該氫爆碎爐的特點(diǎn)包括如下幾點(diǎn)：（1）反應(yīng)罐水平放置，減小了各個(gè)連接法蘭出故障的幾率，特別是不容易損壞磁流封。（2）反應(yīng)罐可以由水平變?yōu)樨Q直，并且一端接有法蘭，所以可以直接對(duì)接加料罐和出料罐。物料不與空氣接觸，裝料及出料都非常簡(jiǎn)單并且防止了可能的物料氧化問題。（3）第二代產(chǎn)品采用獨(dú)特的加熱系統(tǒng)使物料及反應(yīng)罐在10min左右就達(dá)到脫氫溫度，大大縮短脫氫時(shí)間，節(jié)約用電。（4）獨(dú)特的風(fēng)冷設(shè)計(jì)使冷卻時(shí)間縮短到2.5~3h。由于使用空氣風(fēng)冷，與氬氣和水冷相比成本較低。

4.3.4北京博睿華創(chuàng)ZQTL-500I氫爆碎爐

ZQTL-500I氫爆碎爐為類燒結(jié)爐式氫爆碎爐，屬于內(nèi)熱、靜止式氫爆碎爐，每爐可處理500kg物料。整個(gè)控制系統(tǒng)為PLC控制，設(shè)有全自動(dòng)安全互鎖功能及斷電保護(hù)功能；所有氣路管道采用專業(yè)化進(jìn)口雙保險(xiǎn)安全閥設(shè)計(jì)；設(shè)有爐內(nèi)跟蹤控制和爐外采樣監(jiān)控的控制系統(tǒng)，具有完善的報(bào)警及防爆措施。

該爐的另一個(gè)特點(diǎn)是強(qiáng)大的跟蹤記憶功能：可儲(chǔ)存多條工藝曲線，可記錄全部工藝過程的壓力、

溫度等，便于工藝分析、質(zhì)量監(jiān)控及生產(chǎn)管理。該爐的有效尺寸為?900×L2000mm；設(shè)計(jì)溫度800℃，使用溫度室溫~600℃；升溫速率>15℃/min；電源380V、50Hz、180kVA。

4.4氣流磨

我國(guó)的氣流磨基本上都是模仿德國(guó)細(xì)川阿爾派的設(shè)計(jì)。從技術(shù)發(fā)展的角度看，在這方面沒有特別的進(jìn)步。從粒度分布比較看，仍然與細(xì)川阿爾派有一定的差距?？墒?，由于采用HD錠料或甩帶片非常脆，極易磨細(xì)，所以對(duì)氣流磨的要求反而低了，現(xiàn)在的氣流磨也基本上能夠滿足要求。將來應(yīng)在喂料速度控制、補(bǔ)氧控制等方面做一些改進(jìn)。寧波科寧達(dá)工業(yè)有限公司已經(jīng)購(gòu)買了AFG400氣流磨，使用情況良好，這可能也是將來大企業(yè)的一個(gè)方向。

4.5壓機(jī)

剛開始生產(chǎn)釹鐵硼時(shí)使用的是平行壓壓機(jī)，后來基本上都改為垂直壓壓機(jī)，這也是技術(shù)上的一大

進(jìn)步。一般氣隙50mm時(shí)的成型定向磁場(chǎng)都大于2T。我們認(rèn)為今后有兩個(gè)努力方向：一是采用脈沖磁場(chǎng)，進(jìn)一步提高磁場(chǎng)，磁場(chǎng)到5T后剩磁會(huì)有進(jìn)一步的提高；二是全自動(dòng)壓機(jī)，包括自動(dòng)喂料和自動(dòng)碼盤。我們已經(jīng)看到全自動(dòng)壓機(jī)的雛形樣機(jī)，但用于生產(chǎn)恐怕至少還需要兩年。

4.6燒結(jié)爐

4.6.1三點(diǎn)控溫?zé)Y(jié)爐

十多年前我們進(jìn)口了ABAR爐和VFS爐，后來許多廠家仿造了這兩種爐子。當(dāng)時(shí)這兩種爐子僅僅是一般的熱處理爐，并非為釹鐵硼生產(chǎn)專造。它們的最大缺點(diǎn)是一點(diǎn)控溫，所以爐溫的均勻性很難調(diào)節(jié)。經(jīng)過十多年的發(fā)展，中國(guó)的燒結(jié)爐制造廠家已經(jīng)基本掌握了專用于燒結(jié)釹鐵硼的燒結(jié)爐制造技術(shù)，而且都實(shí)現(xiàn)了三點(diǎn)控溫。梁樹勇等在2002年前后曾經(jīng)認(rèn)為我國(guó)自己制造的燒結(jié)爐與國(guó)外無差距，而且由于專門針對(duì)釹鐵硼工藝設(shè)計(jì)，所以許多指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，現(xiàn)在看來那時(shí)是過于樂觀了。由于采用了三點(diǎn)控溫，所以前、中、后區(qū)的溫度確實(shí)容易調(diào)節(jié)了，但我們?cè)谑褂弥邪l(fā)現(xiàn)上、中、下的溫差仍然是個(gè)很大的問題，看來還有許多工作要做。

4.6.2分壓燒結(jié)爐

我們現(xiàn)在基本都是使用真空燒結(jié)爐，燒結(jié)過程在真空中進(jìn)行。國(guó)外許多廠家采用分壓燒結(jié)，也就是說在燒結(jié)過程中充入少量氬氣，但仍保持負(fù)壓。從理論上講，由于分壓燒結(jié)的熱傳導(dǎo)優(yōu)于真空燒結(jié)，所以燒結(jié)時(shí)的溫度一致性好，而且可以縮短燒結(jié)時(shí)間。這種新型燒結(jié)爐已經(jīng)出現(xiàn)，到底效果如何需經(jīng)至少兩年的考驗(yàn)。

4.6.3連續(xù)燒結(jié)爐

住友等國(guó)外大公司都是采用多室連續(xù)燒結(jié)爐，它的優(yōu)點(diǎn)在于爐溫均勻性、一致性好，能耗低、效

率高。過去我國(guó)有些廠家曾經(jīng)嘗試過制造這種多室連續(xù)燒結(jié)爐，但以失敗而告終。究其原因，主要是閘板閥不過關(guān)，燒結(jié)爐漏氣，造成產(chǎn)品氧化?，F(xiàn)在日本的產(chǎn)品一般為5室或6室燒結(jié)爐。6室燒結(jié)爐包括下列各室：（1）預(yù)備室，（2）200~300℃脫添加劑室，（3）850℃左右放氣室，（4）燒結(jié)室1，（5）燒結(jié)室2，（6）氣淬室。燒結(jié)分兩室進(jìn)行是因?yàn)檎麄€(gè)工藝為連續(xù)運(yùn)行，要求每一步有大致相同的時(shí)間?，F(xiàn)在中北真空已經(jīng)與日本真空在沈陽合資建廠，技術(shù)上應(yīng)該沒有問題，所以價(jià)格較低的連續(xù)式燒結(jié)爐可望在我國(guó)實(shí)用化。

4.6.4微波燒結(jié)爐

已經(jīng)有一些研究單位開始研究將微波燒結(jié)用于釹鐵硼生產(chǎn)。從原理上講，微波燒結(jié)有利于爐心

部位與爐邊部位溫度的一致性，同時(shí)大大縮短燒結(jié)時(shí)間，節(jié)約能源。目前得到的信息是燒結(jié)時(shí)間可以縮短到1h。但是這種燒結(jié)爐基本上還處于研究階段，推廣應(yīng)用至少要4~5年時(shí)間。一旦成功，這將是一種革命性的變革。

電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法專利目的

《電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法》的目的就是針對(duì)2008年8月之前的技術(shù)存在的上述問題，而提供一種磁性能高、生產(chǎn)成本大幅度降低的電機(jī)用釹鐵硼永磁體，通過使用廉價(jià)的釓、鈥取代高價(jià)的鐠、釹、鏑、鋱生產(chǎn)高性能的釹鐵硼永磁體能大大降低生產(chǎn)成本。該發(fā)明的另一目的是提供上述電機(jī)用釹鐵硼永磁體的制造方法，以保證在2008年8月之前生產(chǎn)設(shè)備的情況下生產(chǎn)出電機(jī)用高性能的釹鐵硼永磁體產(chǎn)品，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。

電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法技術(shù)方案

《電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法》所述電機(jī)用釹鐵硼永磁體的組份包含鐠釹、釓、鈥、鏑、硼、銅、鋁、鐵，各組份含量（重量）范圍為：鐠釹（PrNd）24％-28％； 釓（Gd）0.5％-7％； 鈥（Ho）1％-5％； 鏑（Dy）0-6％；硼（B）0.9％-1.1％；銅（Cu）0.1％-0.15％；鋁（Al）0.2％-1.2％；鐵（Fe）62.35％-66.5％。

所述的電機(jī)用釹鐵硼永磁體的組份中還可包含鈷（Co）、鈮（Nb），鈷（Co）、鈮（Nb）含量（占總重量）范圍為：鈷（Co）0.2％-1.5％，鈮（Nb）0.2％-0.8％。加入鈷（Co）、鈮（Nb）的目的是為了進(jìn)一步提高產(chǎn)品的磁性能。所述釓（Gd）的適宜含量為1％-3％，所述鈥（Ho）的適宜含量亦為1％-3％。釓（Gd）、鈥（Ho）的加入量過小，則難以達(dá)到降低產(chǎn)品成本的目的，加入量過大，則影響產(chǎn)品的磁性能。

該發(fā)明還提供了電機(jī)用釹鐵硼永磁體的制造方法，它是按以下工藝、步驟進(jìn)行：

1）配料工序：按照以下組份含量（重量）鐠釹（PrNd）24％-28％、釓（Gd）0.5％-7％、鈥（Ho）1％-5％、鏑（Dy）0-6％、硼（B）0.9％-1.1％、銅（Cu）0.1％-0.15％、鋁（Al）0.2％-1.2％、鐵（Fe）62.35％-66.5％進(jìn)行配料；配料中還可包含鈷（Co）0.2％-1.5％，鈮（Nb）0.2％-1％。

2）熔煉工序：將配料放入熔煉爐中熔煉，真空度控制在5×10^-2帕±10％；

3）制粉工序：經(jīng)過均勻化的鋼錠通過粗破碎、中破碎、氣流磨制成粒度為3.6微米-4.2微米的釹鐵硼粉末，此過程中注意控制氧含量在50ppm以下。

4）成型工序：在成型車間的稱粉箱中稱取計(jì)算好的粉料壓制成坯塊，經(jīng)過等靜壓機(jī)后進(jìn)轉(zhuǎn)料車拆袋等待入燒結(jié)爐燒結(jié)。成型工序過程中要特別注意控制氧含量在200ppm以下。

5）燒結(jié)工序：將壓制好的坯塊經(jīng)轉(zhuǎn)料車入燒結(jié)爐燒結(jié)，燒結(jié)制度為（1080℃±20℃）/（3.5-4.5小時(shí)） （920℃±20℃）/（2.5-3.5小時(shí)） （530℃±30℃）/（3.5-4.5小時(shí)），真空度控制在3×10^-2帕±10％。

6）磨加工工序：將燒結(jié)出來的毛坯磨加工成規(guī)則的產(chǎn)品。為進(jìn)一步提高釹鐵硼材料的矯頑力，在制粉工序的氣流磨之前還可再加入0.2％-1.0％的稀土氧化鏑，用于提高材料的矯頑力。經(jīng)過上述的生產(chǎn)步驟生產(chǎn)的產(chǎn)品性能指標(biāo)均達(dá)到同行業(yè)相同牌號(hào)的性能標(biāo)準(zhǔn)。

電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法改善效果

《電機(jī)用釹鐵硼永磁體及其制造方法》采用以上技術(shù)方案后具有以下積極效果：

（1）該發(fā)明采用使用廉價(jià)的釓、鈥取代高價(jià)的鐠、釹、鏑、鋱等稀土金屬，并在制粉過程中加入適量的氧化鏑，通過生產(chǎn)上的工藝控制、降低生產(chǎn)成本，可以生產(chǎn)出適應(yīng)不同電機(jī)要求的釹鐵硼永磁材料，達(dá)到適應(yīng)市場(chǎng)，降低成本，增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力的效果。

（2）從原理上說，用釓取代鐠和釹，用鈥取代鏑和鋱，相應(yīng)生成釓鐵硼和鈥鐵硼相，新相的生成在剩磁上影響較大，但通過適當(dāng)增加鐵、鋁、鈮等含量以及進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜〈壤?，可以彌補(bǔ)這方面的不足。由于釓、鈥和鐠釹、鏑相比有較大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，因此可以較大幅度地降低生產(chǎn)成本，至于產(chǎn)品性能，只要確定好適當(dāng)?shù)娜〈壤凸に嚄l件，就能超過或保持產(chǎn)品的原有性能。

（3）在制粉過程中以氧化鏑粉末的形式二次加入鏑，和在配料中加入金屬鏑同樣具有提高磁體矯頑力的效果，考慮到熔煉過程的稀土金屬氧化、揮發(fā)等損失，此階段加入氧化鏑對(duì)提高矯頑力比前者更有優(yōu)勢(shì)，并且操作方便、簡(jiǎn)單。

（4）對(duì)于2008年8月之前的生產(chǎn)企業(yè)自身生產(chǎn)設(shè)備不先進(jìn)，可以采用此生產(chǎn)工藝技術(shù)，生產(chǎn)的釹鐵硼永磁材料，和不用釓、鈥相比較，獲得同樣性能的材料每噸可節(jié)省8000-10000元。