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    圍繞高性能永久磁鐵和材料技術的最新動向

    發布日期:2016-10-28    瀏覽次數:3209
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    電力、混合動力驅動馬達中,使用被稱為磁鐵嵌入型同步馬達的高效率高輸出型馬達居多?!倦娏︱寗玉R達的外觀】

    近年來,永久磁鐵作為環境、節能領域的王牌,掌握著下一代的關鍵技術登上舞臺。永久磁鐵應用于電子機械、家電產品、產業機械、汽車、電車等廣泛的領域,但是近來磁鐵材料的資源供給問題被放大。高性能磁鐵材料的必要構成部分是稀土金屬的穩定問題,創造出不使用稀土金屬的永久磁石被渴求、研究和開發也迫在眉睫。

    本特集中,展望掌握著環境與節能領域關鍵的永久磁鐵的未來,介紹最新技術研發動向。

     

     

    特集

    圍繞高性能永久磁鐵和材料技術的最新動向

    《總論》

    圍繞永久磁鐵的最新形勢和技術開發動向

    ·日立金屬(株) 德永 雅亮

    摘要

    永久磁鐵是一種可以不使用電流提供磁通密度的功能材料?,F已成為使用本功能的小型化和高效率化機械不可或缺的工業材料。工業材料備受各個時代社會形勢的影響。根據社會需求,不同應用領域和原料供給狀況也會隨之改變。對于磁鐵廠商來說制作過程的改良,高性能化和低成本化是永恒不變的課題。

    本稿縱觀永久磁鐵最新的形勢和技術開發動向。

    永久磁石生產量

       

     

    1 表示日本國內永久磁鐵生產量(金額、1980~2014年)的推移??紤]到過去3次經濟蕭條可以看到稀土磁體增加的傾向,2012年的1867億日元是原料NdDy價格暴漲的數字。生產重量超過1萬噸的是2007、2008、2010以及2012這四年。2013年以后施行一部分稀土磁鐵分離,生產重量降低。

    一方面、鐵氧體磁鐵面向中國以及東南亞地區生產基地的轉移,生產量減少的傾向是不可否認的。國內生產中La-Ca置換型鐵氧體(9B10B材料)作為高性能鐵氧體存在感增加,摸索分離稀土金屬的用途廣受歡迎。稀土粘接磁鐵的生產量統計(金額)不能推算到稀土原料價格高漲時(2011年以后)。鋁鎳鈷磁鐵在日本國內生產量減少,從JEITA統計對象中被排除。

    中國的動向

    中國供應稀土原料的同時也是稀土磁鐵生產和供應的稀土大國。目前NdDy的價格呈現出相對穩定的傾向,Nd86 US/kg,Dy463 US/kg(2015年2月現在)。最高值是2011年7月Nd460 US/kg、Dy3700 US/kg??紤]到中國的環境處理費和人工費的高漲,目前的價格也是一個比較理想的價格。

    2006年征收10%出口稅,2007年上升到15%。2010EL框架相比前年削減60%,全年減少3萬噸左右。20109月釣魚島事件事實上是出口停止了。20117Na以及Dy呈現最高價格之后下跌了。20123月日本歐洲向WTO控訴中國。同時,原料采購的多角化,實現了美國Molycop.和澳大利亞Lynus的運轉。

    日本的磁鐵廠商摸索著在中國的事業,發表了大量的計劃。20151EL框架被撤銷,2月確定了中國WTO敗訴。最后,20155月出口關稅也被取消。

    高性能鐵氧體

    La-Co置換型高性能鐵氧體是日本可以對抗中國以及東南亞制鐵氧體的王牌。作為工業材料9B12B材料滲透于市場當中。除高Br和高Hcj的磁氣特性以外,還具有矯頑力溫度系數【aHcj)】較低的特征。首先對于Sr鐵氧體La-Co置換型材料是以結晶磁気異方性為目標進行的。結晶磁気異方性增加,9B材料被開發、量產化。接著,對于Ca鐵氧體La-Co置換效果被檢討,對于Ca1-xLaxCoyFen-yOa組成(0.2x1.0、0.0y1.0、10.0n12.0、a≒19),在價數補償條件下(x=y)因Co相(CoFe2O4)的出現發現了角型化(Hk/Hcj)的劣化。因此,檢討了對比La量降低Coxy的組合,在x=0.5、y=0.3、n=10.4組成下得到了Jr=0.453T、Hcj=435kA/m。與現在量產的Ca-La-Co系鐵氧體的高性能特性相比Sr-La-Co系鐵氧體約有20%大的結晶磁気異方性。aHcj)也降低到0.11%℃。與以往材料相對磁氣特性的比較如表1所示。

    對于新型La-Co置換系鐵氧體,在應用層面鐵氧體的薄型磁石化變為可能,作為Nd-Fe-B磁石代替磁石的地位得以上升。

    再回收利用

    稀土磁石的再回收利用大致分為永久磁石制作工程內再回收利用和產品的回收利用。工程中會形成加工時產生的【研磨粉】和磁石不良品的【固體屑】。工程內再回收利用100%進行,資源的有效利用和磁石廠商的成本降低也在實行著。對于研磨粉進行濕式酸溶解,固體屑在合金溶解到10%程度以下的時候投入。最近開發了在碳素熱還原下進行【研磨屑】再回收利用的技術。從市場回收產品的再回收利用有各種各樣的例子,但是固定操作的非常少。

    產品的再回收利用中再回收成本和原料與NdDy市場價格的平衡是關鍵。再回收利用的NdDy的價值高出市場NdDy價格的情況在商業上是不成立的。

    應用

    在應用層面車輛驅動用等比較大的永久磁鐵馬達被實用化,在以前的應用中靈活運用省Dy磁石技術正在被開發。雖然正為一躍從稀土磁石中脫離而努力著,但還需要時間。

    作為應用層面的脫稀土磁石動向,可以提出運用鐵氧體以及無定形磁性材料的軸向間隙型馬達。

    結束語

    縱觀日本永久磁石的歷史,材料開發和應用開發作為其兩大發展機能。這種狀況至今未變。新磁石的開發還需要很大的努力,可以說是日本磁石產業一個基本的重要的研究課題。

    Nd-Fe-B磁石中Dy元素優質礦床只有中國的離子吸著礦的現狀中,提出了省DyDy自由這個重大的課題。本課題也改變一貫觀念,捕捉進行高性能磁石開發和成本低減技術的開發。矯頑力機構的闡述進一步讓高性能化的進展值得期待。

    《解說1

    圍繞稀土的近況

    (獨)石油天然氣·金屬礦物資源機構 馬場 洋三

    摘要

    稀土(RE、稀土)是利用化學特異性和物理特異性(磁性、光學、熒光等)應用于各種各樣的構材、產品,成為汽車行業、電機產業、精密機械產業、鋼鐵業、一般機械產業、能量產業等各種行業附加價值源泉的資源,甚至是環境對策技術中不可或缺的資源。

    但是,20109月釣魚島海域中國漁船和海上保衛船發生的沖突事件形成了巨大的政治問題化,9月中旬以后,面向日本的稀土在中國海關接受嚴格的檢查,實質上是對日禁止輸出,記憶猶新。日本的用戶將供應的稀土作為不穩定原料,急劇減少使用量,使用代替材料等加以對應,日本的稀土需求也極度減少。

    稀土是面向電器汽車、燃料電池、風力發電等實現低碳素化社會干凈、能量以及省能量用途不可或缺的原料,另外也是日本產業競爭力維持、發展不可或缺的原料。稀土資源本身所持有的問題,回顧一下大生產國中國1980年左右開始有關稀土的政策變遷,、對20148月提出的世界貿易組織(WTO)勸告后的中國的動向等進行整理。

    稀土的用途(用途開發的歷史)(圖1

    稀土是從Sc、Y的鑭系元素15元素(從LaLu)加起來17元素的總稱,這個用途的開發具有悠久的歷史。19世紀末,以煤氣燈罩為首使用之后,混合稀土金屬(鈰鑭合金)作為打火石,酸化稀土作為板玻璃的研磨材料,1960年代具有高曲折率、低分散性特性的高純度酸化La應用于光學玻璃。1964年在美國YEu作為紅色熒光體使用的彩色電視發售,1968年日立亮彩也發售,1970年代3波長熒光燈也被發售,稀土熒光體的應用擴大了。

    作為磁鐵用途,釤鈷磁鐵從1960年代后半到1970年代被商品化,1979年索尼的單放機發售了。之后,磁鐵開發競爭中,日本的佐川博士1982年發明了Nd磁鐵【(Nd//硼磁鐵、Nd磁鐵】,1997年馬達等釹磁鐵,鎳-氫電池作為蓄電池使用的混合動力汽車普銳斯發售了。就這樣,稀土用途經過多年在眾多的研究者、企業中用途被開發,需求也逐漸擴展開來。

    有關中國稀土政策動向的變遷

    1、從出口獎勵到內需有限、國內資源保護(1980年代2009年左右)

    1980年代中從內蒙古自治區鐵礦山的稀土作為副產物開始生產,另外,同時在江西省的龍南以及尋鳥發現了被稱為離子吸著礦的特異稀土礦床。但是,雖然稀土具有1991年被指定為【國家保護性開采礦種】等戰略地位,但為了獲得外匯與其他金屬礦物等同樣低廉出口。因此,美國加利福尼亞州的Mt.Pass礦山以及世界各地的海濱中砂型稀土礦山失去了價格競爭力休山、閉山,中國成為世界9成以上的生產構造地。

    伴隨著經濟發展,國內需求也大幅增加(200224900噸,200551900噸,200973000噸),另外,電力不足以及環境污染也極度惡化,因此從出口獎勵向轉向優先國內需求。

    出口數量分配框架(1999年創設)逐年減少的同時,從20041月開始面向出口輸出者的獎勵政策中的增值稅(相當于消費稅)的退還率逐漸降低,20055月撤銷(增值稅的退還是指出口時增值稅部分歸還給輸出者的制度,相比國內銷售鼓勵輸出)。繼而,從200611月出口關稅被賦征,之后關稅率幾度上調,磁鐵原料的金屬釹、金屬鏑以及鏑鐵合金占25%,熒光體材料的銪酸化物以及Tb族酸化物也是25%。

    2、環境限制強化(2009年以后)

    在第115年計劃(2006~2010年),強調【資源節約型、環境保護性社會】并提出了經濟和社會調和發展的目標,指出了環境污染對策的強化。接著,在第125年計劃(2011~2015年),以經濟結構轉換(內需主導的經濟結構、所得分配的平等化、都市與農村兩極分化縮?。槟繕?,①內需擴大,②農業近代化的推進,③產業結構的高度化和國際競爭力的清華,④均衡地域發展,⑤向資源節約環境保護型社會的轉換,⑥科學技術、教育立人和人才戰略的強化,⑦社會服務和社會基礎設施的配備,⑧促進文化發展,⑨構筑社會主義市場經濟,⑩促進市場開放。為10大任務。作為戰略性新型企業,指定節能、環保、生物工程、后代情報技術、新能源、新材料等7個領域,新素材中包含高性能稀土材料等等。

    關于中國稀土政策,國土資源部關于礦山開發、開采量,工業信息部關于稀土關聯產業、商務部關于出口數量分配框架進行管制,和國家發展改革委員會攜手,從資源保護、環境、安全對策的強化以及稀土產業發展的觀點推進實施各種對策。

    2011216日,溫家寶總理主持召開國務院常委會議,研究部署促進稀土行業持續健康發展的政策措施,510日國務院向各省、自治區、直轄市人民政府、國務院各部委員會、各直屬機關印發了《關于促進稀土行業持續健康發展的若干意見》的通知。

    稀土是不可再生的重要戰略資源,在新能源、新材料、節能環保、航空航天、電子信息等領域的應用日益廣泛。有效保護和合理利用稀土資源,對于保護環境,加快培育發展戰略性新興產業,改造提升傳統產業,促進稀土行業持續健康發展,具有十分重要的意義。經過多年發展,我國稀土開采、冶煉分離和應用技術研發取得較大進步,產業規模不斷擴大。但稀土行業發展中仍存在非法開采屢禁不止,冶煉分離產能擴張過快,生態環境破壞和資源浪費嚴重,高端應用研發滯后,出口秩序較為混亂等問題,嚴重影響行業健康發展。要進一步提高對有效保護和合理利用稀土資源重要性的認識,采取有效措施,切實加強稀土行業管理,加快轉變稀土行業發展方式,促進稀土行業持續健康發展?,F提出以下意見】。

    中國政府各部門的動向均沿著《若干意見》的方向進行。違法開采的管制強化、在南方的離子吸著礦的生產地區(江西、廣東、福建等)設立有贛州稀土集團以及廣東省稀土產業集團。由于合并以及重組等,北方稀土高科技有限公司(包括鋼稀土等)、五礦集團公司、中國鋁業公司、南方稀土集團有限公司(贛州稀土等)、廣東稀土產業集團以及廈門鎢業的6大稀土企業擔負著中國的稀土產業,北方稀土在內蒙古自治區以及甘肅省,五礦集團在湖南省,中國鋁業在廣西,南方稀土在江西省以及四川省,廣東稀土產業在廣東省,廈門鎢業在福建省,統一開采、精煉、制品企業。工業情報部在2015年稀土生產總量規劃第1期部分,整體分配礦產品52500噸,冶煉分離產品50050噸,6大稀土企業的礦產品49712噸(94.7%),冶煉分離產品46690噸(93.3%),統一進行。

    3、 世界貿易組織(WTO)紛爭處理

    中國和日本消費者占據世界稀土9成的比例。中國和日本以外,美國(主要是FCC催化)以及歐洲只消費1成的程度。稀土的問題正是中日間的問題。

    但是,根據2010年的實質禁輸,中國政府稀土出口管制等問題是日本、美國以及EU所共有的。20123月,美國、EU、日本關于中國稀土、鎢、鉬的出口管制(出口數量限制、出口關稅賦征)基于協定向WTO提出了協議。但是,和中國的協議并沒有解決,20125月美國、EU、日本要求設置糾紛處理委員會,于此,20126月成立了糾紛處理委員會,經過2年審查后,20143月根據WTO協定向中國提出了務必實施措施的勸告。中國不服糾紛處理委員會的判斷,20144月提出上訴(向WTO上級委員會提出),但是上級委員會201487日發布報告書,支持糾紛處理委員會,中國出口數量限制、出口稅賦征違反WTO協定得以確定。

    中國不發布2015年出口數量的限制,還撤銷了51日以后出口稅賦征。關于資源稅,由至今的從量征收方式變更為從價征收方式(精礦銷售額*適用稅率)。關于輕稀土的稅率是對于內蒙古是11.5%,四川是9.5%,山東是7.5%,中、種稀土設定為27%。

    雖然大生產國中國所持有的稀土供應存在潛在性的風險,但是應該會比以前小很多吧。

    緊接著,關注中國稀土政策動向、FANYA金屬交易所的交易狀況、RE價格動向很有必要。

    稀土需求動向

    世界的稀土消費量大概是12萬噸,催化用途(FCC催化、汽車尾氣凈化催化等)、磁鐵用途各占20%多左右,冶金(含氫合金)、研磨材料用途各占10%左右,玻璃、陶瓷、熒光體用途各占百分之幾左右,研磨材料以及熒光體的需求在減少。

    日本的稀土需求,由于稀土價格高漲到數十倍以及中國稀土實質上的禁輸,代替品的使用、再回收利用也在推進,進而,很多顧客“稀土風險高,是一種盡可能不想使用的原料”的意識很強烈,2014年大幅減少到14300噸左右(表1)。

    La的主要用途是光學透鏡添加,FCC催化等,光學透鏡添加需求由于制作工廠的海外轉移減少,La需求減少到2000噸(20073300噸),Ce的主要用途是研磨材料、汽車尾氣凈化助催化,研磨材料的需求由于代替品的使用以及回收利用大幅減少,Ce需求也減少到5100噸(200716100噸)。Eu,Tb,Y等熒光體的需求由于電機產業國際競爭力的減弱,制作工廠的海外轉移,節能意識提高以及LED商品的低價格化,電視的背光源以及三波長熒光燈以預想以上的速度LED化,因此Y需求減少到720噸(20071750噸),Eu需求減少到16噸(200740噸)。一方面,HV汽車搭載的Ni-H電池負極材料使用的鈰鑭合金需求由于HV汽車生產臺數的增加而增加到3350噸。使用釹磁鐵的【Di、Pr和釹】以及Nd的需求據說也會恢復。

    在這樣的狀況下,現在La、Ce價格是中國國內價格2$/kg,出口價格是5$/kg,相比原來的市價下跌,但是磁鐵用途的Nd出口價格8$/kg,Dy出口價格475$/kg,相比原來的市價并未下跌。在中國Ce等的需求也在大量減少,中國的稀土產業可以說很大程度上依賴于居高不下的NdDy(磁鐵需求)。

     

     

     

     

     

     

     

     

    圍繞稀土問題點的整理(圖2

    1、 稀土資源固有的問題

    一般,富含輕稀土(La~Eu)的礦床(La、Ce、Pr以及Nd合計95~99%,Sm、Eu等少量包含)居多,中國、內蒙古自治區的礦山(鐵礦石的副產物)以及美國的Mt.Pass礦山、豪洲開始生產的Mt.Weld礦山等具有代表性,多少含有釷等放射性元素。一方面,中國南部江西省的龍南礦床和尋鳥礦床等具有被稱為離子吸著礦富含重稀土(Gd~Lu以及Y)在世界上也很特殊的礦床,具有不含釷等放射性元素的特征。

    2、 平衡商品(Ce等新用途開發的必要性)

    一直以來稀土被稱為“平衡商品”。稀土由17元素構成,僅生產想要的元素是不可能的(例如,僅“Dy”,牛肉的話就是僅牛柳)。其他眾多元素同時生產如何全部順利銷售至關重要。另外,根據技術開發等,存在各元素需求大幅變動的問題。根據這次的稀土沖擊,日本的稀土顧客迅速反應。例如,在研磨材領域Ce因價廉一度研磨之后廢棄,但是再次使用使用完了的研磨材,在可能的工序上使用替代品,只在最終工序上使用Ce研磨材,研磨材的需求就大幅減少了。大量稀土礦床上約含有一半的Ce,生產的Ce由于需求的減少陷入銷售困難的狀態。另外,由于LED化急速的推進,熒光體領域的稀土需求也大幅減少。這樣在既存的用途上需求大幅減少呈現出崩塌的狀態。

    取得包含Nd以及Dy等稀土元素整體的平衡需要繼續穩定的供給,Ce,以及Eu以及Y推進新用途的開發也至關重要。

    結束語

    面向稀土穩定確保——有競爭力資源的確保

    近年,稀土需求在大幅減少,技術開發、產品開發的動向迅速,預測各元素的需求非常困難,但是考慮稀土持有的特性的話,今后對于日本的產業來說,稀土是一種必須的原料。今后的稀土需求概況如圖3所示。

    豪洲的Mt.Weld礦山開始生產,另外休山中的美國的Mr.Pass礦山也要再開生產,中國以外的供給源日益多角化。RE價格的大幅下跌以及Ce需求的急劇減少,兩礦山都處于十分艱難的狀況,但是關于輕稀土中期大幅依存于中國的構造會有所改善吧。

    但是,對于Dy等重稀土,上記2個礦山含量極少,從中長期角度看,富含重稀土的稀土礦床的探礦、開發也要持續推進。與此同時,RE價格的大幅下跌、研磨材以及蛍光體需求的減少,開發變得更加困難,“極度優良的礦床”,“作為副產物可低價生產RE的礦床(例如,錫和鈮能副產物)”等,生產成本是以低價礦床為對象推進的吧。另外,在智利、巴西、馬拉維等地發現了離子吸著礦型礦床,開發是可能的。

    國內以及越南也設立了再回收利用據點,磁鐵制造工程時切削屑的回收利用也在推進。接著,從HEV等馬達使用完了的制品中也應該努力使再回收利用變為可能吧。

    汽車燈的最終用戶今后也有將中稀土作為原料的必要的話,就不能將所有都依托于無資金能力的材料、材料公司以及商社給予穩定供給,希望我們自己也能積極地負擔量力而為的風險。

     

     

     

    《解說2

    異方性Sm-Fe-N粘接磁石的最新開發動向

    日亞化學工業(株) 久米 道也

    摘要

    本稿中,采用作為異方性代表性的Sm2Fe17N3。因此關于S的粘接磁石,結合本社最新動向進行解說。這個材料在1990年愛爾蘭Trinity大的Coey發表過。發表中氮化2-17金屬間化合物的話,飽和磁化也會上升50%,居里點也會大幅度上升。根據同時期詳細研究相同素材的旭化成(株)的研究者發表,異方性磁場有20.7MA/m。這個和一般的異方性Nd-Fe-B磁石相比,實際上是3倍以上。于是Sm2Fe17N3一躍成為下一代永久磁石材料的候補引人注目。但是,從最初的發表到經過四個半世紀的現如今,很難說達到Sm2Fe17N3真正的實用化。以下,列舉其原因。

    ①由于熱分解,燒結是不可能的。

    ②由于是微粒子,圧縮成形困難。

    ③高溫下矯頑力減少。

    ④磁氣特性半途而廢。

    ⑤異方性射出成形過程未開拓。

    關于以上5項,詳述其背景。首先所謂的熱分解是不能燒結的意思。故而,由于高密度化不可期待磁力上升。另外因密度上升圧縮成形也很困難。原因是Sm2Fe17N3的有效矯頑力呈現的是3um程度的微粒子,就算壓縮密度也無法增加。一方面,矯頑力強烈依存于粒子表面(或許是酸化膜和軟磁性體存在關系)。然而,超過100℃高溫連續使用是很困難的。另外在等方性Nd-Fe-B的壓縮粘接磁石形成的一定的市場中,磁氣特性過于半途而廢了(最大130Kj/m3、16MGOe)。最后,成形過程被限定為伴隨著異方性射出成形也是其中的一個負面因素。也就是說,等方性Nd-Fe-B磁石中一概不要異方性,再加上稀土磁石射出成形技術本身,并非一般。

    在解說記事的開頭,列舉材料的反面,也許會覺得有些奇怪。但是,這是筆者開發過程的實感,從這里開始我想指出所論述的面向改良的著眼點或者出發點。

    那么為了引出本社Sm2Fe17N3重要的物質的性質,不施加機械的粉粹致力于同粉末的量產化。一方面,以獲得市場為目標,在下記進行了研究開發。本解說也沿著下記流程進行。

    ①提高矯頑力,增加耐熱性。

    ②加深理解射出成形過程。

    ③設法取向,生產獨自的產品。

    ④關于擠壓成型也摸索獨自的產品。

     

    高矯頑力化

    本社關于高矯頑力進行復數組合。背景是高矯頑力是面向Sm2Fe17N3實用化最重要的問題,這種認識是其中的背景。本解說中關于3種高矯頑力化手段進行論述,關于代表性的手法用粘接磁石長期耐熱性進行表示。

    最初介紹的是Zn處理。Sm2Fe17N3粉末和Zn粉末(5mass%)混合,在不活性氣體中加熱的話粒子表面可形成非磁性Fe-Zn層。根據這種Zn處理Sm2Fe17N3粉末狀態的矯頑力上升到1.6MA/m。但是殘留磁化下降30%??紤]到實用化,這種下降不可無視,因此粘接磁石化被擱置。

    接著介紹的是Ti添加。合成粒子時(SmFe融合時)使Ti共存,矯頑力上升。機械裝置的詳細雖不明顯,但是由于Ti的添加,Sm-Fe粒子的成長得以抑制。換而言之,通常是3um結晶化的,添加Ti的情況2um臺即可完成結晶化。粒子變小根據單磁區理論,矯頑力(Hc)最大上升到1.6MA/m。但是,殘留磁化下降15%左右(圖1)。當然機械粉粹的話,不加入Ti粒子直徑2un也是可以制作的。但是,本社不采用這種辦法。

     

     

    第三介紹的是磷酸處理。Sm2Fe17N3粒子在水中磷酸處理的話,殘留磁化無明顯下降,矯頑力可上升至1.4MA/m(圖1)。作為機械裝置和Zn處理一樣,在Sm2Fe17N3粒子表面可形成非磁性的Fe-P皮膜,抑制逆磁區的發生提高矯頑力。Fe-P皮膜的厚度,如圖2所示根據粒子的TEM觀察達10nm左右。此膜帶來的耐酸化性將Sm2Fe17N3暴露在150℃的大氣中,在矯頑力的時間變化中進行評價。此結果如圖3所示,無磷酸處理裸露的Sm2Fe17N3粉末,原本1.2MA/m一下子減半。

    一方面,磷酸處理的粉末就算經過20個小時也基本無變化。獲得這樣重要的耐熱手段,有些需要注意的地方。也就是射出成形的過程溫度?;靹蛞约吧涑龅母鱾€工序中,樹脂是PPS的情況下接近300℃的溫度。在這個溫度領域Fe-P膜的耐熱性并不完全。因此如后述一樣,PPS粘接磁石不能得到所期待的耐熱性。PPS=耐熱性這種單純的等式是不通用的。

    最后,關于Ti添加和磷酸處理的2種辦法,射出成形所進行的粘接磁石的磁氣特性表示為長期耐熱性。粘接磁石化作為樹脂使用PA12PPS。圖4為樹脂是PA12的粘接磁石的磁氣特性圖,圖5為相同磁石在大氣中150℃溫度下刺桐的長期穩定性,圖6位樹脂是PPS的粘接磁石的磁氣特性圖,圖7是相同磁石在大氣中150℃溫度下刺桐的長期穩定性。

    在使用PA12的粘接磁石中,矯頑力在Ti系是1.5MA/m耐熱性也極度優越。但是殘留磁化(Br)的下降(BHmax最限制在80Kj/m3。在相同PA12的磷酸系,一邊確保1.3MA/m程度的矯頑力磁化幾乎無下降。然而如圖5所示,不可逆減磁經過1000個小時仍在5%以內。

    在使用PPS的粘接磁石中,過程溫度高起到很大的效果。矯頑力在Ti系是1.0MA/m,Br0.6T左右(BHmax70 Kj/m3。在相同PPS的磷酸系,Hc只有0.6MA/m左右。與此對應不可逆減磁也很大。但是,可以說PPS的情況面向實用化的課題居多。

    射出成形過程的理解

     

     

    關于鐵氧體射出成形過程擁有多年的經驗,作為包含生產型和再利用的工業材料的地位被明確。但是關于S系統的話題并不存在。因此,本社關于3中異方性材料(鐵氧體、Sm2Fe17N3、Nd-Fe-B),有關其射出成形進行了系統的調查。調查項目中引入了鐵氧體,所以和以往技術的比較變得容易進行。這個結果如圖8、圖9所示。

    首先圖8表示的是,被稱為取向性的指標。橫軸是外部磁場,縱軸是取向率??梢哉f粒子是以指南針進行一個一個的判斷,在多少分割指針向著一定方向的指標。興趣深刻的是Sm2Fe17N3化合物的取向性和鐵氧體無大差異。

    一方面,圖9在被稱為充磁性的指標,橫軸是充磁磁場,縱軸是針對滿充磁磁通密度的比例(充磁率)。在這里1MA/m大概是50%,達到滿充磁需要2MA/m25KOe)的充磁磁場??偠灾?,Sm2Fe17N3材料成型時的取向性非常良好,但是充磁一定要注意。特別是狹窄間隙(例如1mm)的充磁需要的情況,取向和充磁都很困難。狹窄間隙異方性射出成形磁石不限于Sm2Fe17N3,在稀土系材料中不可對應。關于這件事情,本社開發的解決方案別項提出。

    根據取向方法獨自的產品

    對于圓筒形射出成形品,有被稱之為及去向的取向方法。這個是利用在成形品部外周復數配置磁場取向用永久磁石獲得周期性配向磁場的辦法,對于異方性射出成形是一種極為重要的技術。例如,如圖10所示,備齊條件成形Sm2Fe17N3可獲得更高的表面磁通。本社認為在現存的射出成形材料中Sm2Fe17N3是適合極取向的材料。但是,“即使使用高價稀土磁石也只能或得這種程度的磁通密度”,“達不到預想的磁通密度“等斥責的情況非常多。具體而言,表面磁通值限定于0.3T0.35T,其中原因說明如下。

    11表示一般的極取向構成,在圓筒狀孔穴周圍僅配置和極數相等個數的永久磁鐵。從磁場N機到S極存在磁通。這個空間射出的磁石材料沿著取向磁場排列。這里需要指出的是,沒有有效利用孔穴全體磁石材料的點。極端的說,只有磁石表面附近可產生磁通。無改良方法。因為極取向中,配合極排列取向用磁石的時點設計已經完成了。從N極到S極磁通的形狀和強度已經決定了。

     

    為了解決這個問題,本社引入了【橫向取向】的概念。這個以圖2進行表示。首先圖12a)制作一個極性的的成型提,極朝著兩個方向分為2個方向(橫向就由此而來)。接著同一個圖(b)雖然是同一性狀但是制作的是完全相反極性的成形體。接著同一個圖(c)組合兩個部分,磁石內部可形成有效利用的成形體。根據原理實驗,表面磁通密度可達0.4T。

    按照這種考慮方法,即使是需要放射狀磁場的情況也可得到超乎極取向常識的磁通密度得以證實。制作圖13a)的橫向部分,接著制作完全相反極性但是相同形狀的橫向部件(b),將兩者組合。結果是磁石粉末的取向沿著中心,而且磁極寬度的努力同產生了磁通的收束效果。這種相乘效果使得(c)部分的最大表面磁通密度達到0.5T,也就是如本社所致超過極取向的極限。在(c)的外側,這個實驗所使用的磁石材料僅僅以高特性化為目標,使用Sm2Fe17N3和異方性Nd-Fe-B的混合物,單體特性是(BHmax =151kj/㎡、Br=0.92T。

    擠壓成形

     

    所謂磁場趨向良好應該是活用Sm2Fe17N3特征,本社就擠壓成形進行了各種試做。伴隨著異方化一般的擠壓成形是擠壓方向外加垂直的取向磁場。對此本解說中介紹的是向擠壓方向施加平行取向磁場的辦法。僅僅擠壓磁通基本在圖表中表現不出來,是一種無意義的粘接磁石。但是,圖14表示的周期性折彎擠壓方向取向的軟板裝成形體后,切斷邊緣疊層的話,板面可形成垂直取向的多極磁石。根據這種辦法可回避邊緣充磁的不充分問題。

    15以實際試做多極磁石的案例,雖然磁極間隙是0.5mm,但是表面磁通密度可確保0.15T。如筆者所知在0.5mm間隙的粘接磁石是得不到這樣的特性的。

    其他的主題

    各種環境(例如熱水和碳化氫)的抗性,冷熱環境的抗裂紋性,追求拉伸強求的使用環境等,檢討了以往稀土粘接磁石不被使用的場面。雖然是有關信賴性的課題、花費時間的主題,但是在適當的時候是可以評論的吧。

    結束語

    關于異方性Sm2Fe17N3粘接磁石的現狀進行解說,Sm2Fe17N3Nd-Fe-B系磁石相比,是一種問題較多的材料,但是本社將在微粒子狀態得出有效矯頑力作為最大的武器,開拓其應用領域。一方面,稀土資源和地球溫室效應等圍繞著永久磁石的環境有力的變化著。在這種狀況下,期待著為探求粘接磁石適當地位而做出行動。

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