新型磁體問世 稀土元素使用量減少30%
發(fā)布時(shí)間：
2022-05-30 10:50
來源：
https://phys.org/news/2022-04-magnet-rare-earth-element.html
韓國材料科學(xué)研究院粉末材料部磁性材料部的李博士(Dr. Jung-Goo Lee)和金博士(Dr. Tae-Hoon Kim)領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)研究小組成功地開發(fā)了一種稀土節(jié)能永久磁鐵，可以用來替代42M級(jí)商用磁鐵，同時(shí)將昂貴的稀土材料釹(Nd)的含量降低了約30% 。盡管磁鐵中的高價(jià)稀土資源的數(shù)量有所減少，但該技術(shù)仍達(dá)到了商業(yè)級(jí)別水準(zhǔn)。
釹是一種價(jià)格昂貴且供應(yīng)不穩(wěn)定的材料，但它是稀土永磁體制造過程中的必需材料。為了制備釹還原永磁體，需要提高元素鈰(Ce)的含量，因其價(jià)格相對低廉，但是卻無法降低釹的使用量。然而，隨著鈰含量的增加，磁性能會(huì)不可避免地劣化。研究小組重點(diǎn)闡明了鈰含量增加引起磁性能劣化的原因和機(jī)理，通過控制原子尺度的微觀結(jié)構(gòu)，成功地解決了稀土還原永磁體中存在的頑癥。
研究人員發(fā)現(xiàn)，制造過程中形成的“非必要磁性粒子”是磁體的磁性和微觀結(jié)構(gòu)性能惡化的根本原因——它們通過阻止原子的擴(kuò)散改變了微觀結(jié)構(gòu)，提高了磁性能，從而抑制了非磁性顆粒的形成。
研究小組分別采用熔融紡絲法和熱變形法制備低含量稀土的前驅(qū)體和最終塊狀磁體，這兩種方法的冷卻速度比傳統(tǒng)方法快。因此，他們成功地通過抑制非必要磁性顆粒的形成，優(yōu)化了磁體的微觀結(jié)構(gòu)。此外，它們還能同時(shí)改善永磁體的主要性能——剩余磁化強(qiáng)度和矯頑力。
2021年，用于高效發(fā)動(dòng)機(jī)的稀土永磁體的國內(nèi)市場價(jià)值為每年1860億美元，而韓國的稀土永磁體則依賴于進(jìn)口。考慮到當(dāng)下國際環(huán)境，韓國擁有自己的稀土永磁體材料對韓國來說迫在眉睫。此外，當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化時(shí)，它還可以用于高附加值的行業(yè)，如電動(dòng)車、無人機(jī)、飛行汽車和需要高效率發(fā)動(dòng)機(jī)的電動(dòng)航船。
領(lǐng)導(dǎo)這個(gè)研究小組的高級(jí)研究員 Tae-Hoon Kim 博士說：“當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)商業(yè)化時(shí)，它將同時(shí)解決國內(nèi)稀土永磁體市場的資源問題和材料、零部件和設(shè)備問題。這只是個(gè)開始。在未來的進(jìn)一步研究中，我們將不遺余力地引導(dǎo)國內(nèi)稀土永磁體的發(fā)展。”
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