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低價稀土元素優化設計對燒結釹鐵硼性能提升及其產業應用

福建省長汀金龍稀土有限公司

更新時間:2023-04-10

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所屬領域

新材料

項目類型

制造業

技術水平

國際先進

合作方式

合作開發

項目簡介

稀土永磁材料自20世紀60年代問世以來,其科研、生產和應用高速發展。目前第三代稀土永磁體(釹鐵硼)具有高剩磁、高磁能積、高內稟矯頑力的特點,是目前世界上發現的永磁材料中磁性能最強的一種。近年來,在“碳中和、碳達峰”目標下,新能源汽車、高速和磁懸浮列車、風力發電、節能家電等新興領域的快速發展對稀土永磁材料的需求不斷增長,同時對稀土永磁材料的性能及穩定性提出了更高的要求。在《國家中長期科學和技術發展規劃綱要》中,稀土永磁材料被列入制造業領域中的基礎原材料優先主題。隨著中國新能源產業發展、經濟結構向節能化方向發展,釹鐵硼稀土永磁材料的發展迎來黃金時代,2015-2021年的產量及消耗量逐年增長,預計2020-2025年國內高性能釹鐵硼永磁材料需求年均增速有望達到16.6%。

綠色能源技術的發展帶來釹鐵硼磁體需求量大幅增長,然而,高豐度低價稀土元素La、Ce、Y在磁體制備過程中未被充分利用,導致稀土元素利用的嚴重失衡,不利于中國稀土資源利用的健康持續發展。因此,高效平衡利用稀土資源,開發資源節約型高性能稀土永磁材料,以滿足低碳經濟、高新技術產業的需求已成為重要的國家戰略目標。目前來說,開發利用低價稀土元素(如La、Ce、Y等)替代部分或全部的關鍵稀土元素(如Pr、Nd、Dy、Tb等)來制備的低價稀土永磁材料,是解決稀土資源問題和降低成本的有效途徑。

立足于Pr、Nd、Dy、Tb等昂貴稀土資源日益緊缺,而La、Ce等低價稀土大量積壓,稀土資源利用極不平衡的行業現狀,基于Ce/La2Fe14B相的內稟矯頑力遠低于Pr/Nd2Fe14B,添加Ce/La導致的磁稀釋效應,以及含La、Ce的RE2Fe14B化合物成相相對困難,過量使用會導致磁體顯微組織結構破壞,難以獲得較高的磁性能,影響其在釹鐵硼材料中極少應用的技術事實,此項目擬對低價稀土釹鐵硼材料的晶界結構開展第一性原理設計和微磁學模擬,對低價稀土摻雜工藝進行工程化設計,以及對低價稀土與晶界滲透技術進行高效結合展開研究。

項目的關鍵技術和技術難點如下:

多主相磁體內部的局域化學成分不均勻性對于抑制低價稀土取代帶來的磁稀釋效應,保持較高的磁性能具有重要作用。對于結構相同的2:14:1主相晶粒而言,局域的化學成分決定了其局域內稟磁性.不同內稟磁性區域之間的相互作用,如單個晶粒內部的和晶粒邊界的短程磁交換耦合作用,跨越不同晶粒之間長程的靜磁相互作用,都會隨著磁體內部化學成分的變化而改變。然而,磁體內部內稟磁性差異的區域之間,具體的相互作用機制并沒有得到量化,這一定程度上模糊了多主相磁體內部幾種磁相互作用對最終磁性能的影響。

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