新闻动态   News
搜索   Search
你的位置:首页 > 新闻动态 > 行业新闻

降低烧结钕铁硼配方成本的方法

2018-08-11 14:43:34      点击:

      钕铁硼稀土永磁材料是第三代永磁材料,其性能优越,具有广泛的市场应用。中国已成为钕铁硼生产大国,生产企业的技术水平已经相对成熟,规模化生产为降低成本提供基,企业追求利润的同时也促进了技术进步和资源合理利用。

      钕铁硼的主要原料是稀土金属,材料中稀土含量约占30%左右,而成本比重却占到80%以上。因此,稀土成本成为制约钕铁硼永磁材料生产的一个较为重要的因素,随着市场竞争加剧,企业只有大幅度地降低配方成本、提高装备水平才能保证产品具有一定的利润空间。


烧结钕铁硼的主要成分

      钕铁硼生产工艺流程为:配料-熔炼-制粉-成型-烧结-加工-电镀。其中形成材料性能的关键工序是熔炼、制粉、成型、烧结,一个生产周期大约要1-2周,如果电镀需要4周左右时间才能完成。配料是生产钕铁硼的第一道工序,配料就是将稀土金属或铁合金、纯铁、硼铁等按一定的重量比例进行搭配,放入料盒中。

      配料的成分就是熔炼合金的主要成分,常规钕铁硼合金的主要成分有:钕、镨、镝、铽、铜、钴、铝、铌、镓、硼、铁等。生产中由于原材料本身含有微量的杂质成分,所以钕铁硼合金中也伴有硫、锌、硅、钙、磷、碳等,其总含量一般在0.1%以下。

合金成分决定着材料的微观组织结构,影响着材料的性能。


钕铁硼材料性能与成分的关系


      钕铁硼材料具有较高的剩磁和磁能积、矫顽力,材料牌号由N35到N52,剩磁逐渐升高。牌号由N类到AH类,其矫顽力逐渐升高,可由N类的12kOe到AH类的35kOe。

      研究表明,决定钕铁硼磁性能的关键是材料主相、富钕相等组成。钕铁硼材料的主相是Nd2Fe14B,主相的体积分数越高,其材料的剩磁越高。添加镝,使得这些元素替代钕,形成Dy2Fe14B,可大幅提高材料的矫顽力,但会引起剩磁的急剧下降,所以要控制适量,配合铜、铝等复合添加,还可显著提高材料矫顽力。尽管影响材料磁性能的因素众多,但通过调整材料成分是最简单、最有效的方法。


原料价格上涨


      近些年,随着国家对环保要求的逐步提高和稀土产业发展战略规划,对稀土采取出口限制政策等因素,稀土市场逐渐活跃,稀土价格高涨,稀土价值回归。

      以钕铁硼材料使用比例最大的金属钕为例,价格由2004年的7万/吨已经涨到现在的42万/吨。原材料价格上涨给钕铁硼企业带来巨大的成本压力,生产企业采取降低稀土使用量的方法来降低生产成本,缓解了市场压力,促进了技术进步,也提高了资源利用率。


降低配方成本主要方法


1、低价元素替代贵重元素

      一种是非稀土金属替代,在成分上选择价格较低的元素,以最优化组合为原则,还可去掉一般企业常规加入的铽、镓、钴等,添加较多的铝,以提高矫顽力。同时配合高熔点的铌,以进一步细化晶粒,提高高温特性。配合添加低熔点的铜,起到助烧结作用,可改善晶界显微结构,提高矫顽力。而且少量添加铜,还不会引起剩磁的明显下降。

      上一方法可以降低或不使用贵重金属添加,大幅降低了成本,一般生产SH类磁钢具有较好的效果。还有一种是稀土金属间替代,在三元系基础上添加的镝,细化材料晶粒,提高各向异性场,从而提高内禀矫顽力。在钕铁硼中用量最大的金属钕,镝也可以采用其他稀土原料进行替代以进一步降低成本,比如用镨替代一部分金属钕,或者用轻稀土合金镧铈等替代金属钕,用金属钬铁替代金属镝铁等,都能起到很好的降成本作用。

      用稀土钆铁替代部分金属钕和镝,既能够保持剩磁不降低又能提高矫顽力。一般生产低性能N35完全可以做到低成本。故在保持材料的磁特性能够满足技术要求的前提下,选择不同种类的元素,确定添加比例,进行元素间的替代,是采取配方降成本最直接的方法。


2、应用氢爆工艺提高磁性能

      目前国内还有部分厂家采用铸锭合金破碎的传统生产方式,一般是材料性能低,而成本高。氢爆工艺可以大幅提高后续的气流磨工序提高生产效率,使磨出的原始钕铁硼粉末具有良好的颗粒分布和形貌,为烧结细化晶粒提供基础。若将铸锭合金进行氢爆处理,可以大幅提高材料的矫顽力,这是间接降低配方成本的一个重要方法。


3、提高材料成型取向度

      在钕铁硼成型工艺中,钕铁硼粉末在压机模腔内受到磁场的作用,磁粉颗粒进行取向排列,其中粉末取向度越高,烧结后材料的剩磁越高。提高材料成型时的取向度也是提高材料剩磁的方法之一,间接的也可降低材料的配方成本。

      提高成型材料的取向度有几个方法,一是高磁场法,即提供足够的磁场强度,提高粉末颗粒按磁场排序的数量。还有就是提高粉末材料的流动性,使得粉末更容易沿取向磁场的分布排列。提高粉末流动性的主要方法就是在粉末搅拌阶段加入添加剂,国内已经有专门的厂家可以提供这种添加剂,提高粉末流动性的效果十分明显。


4、烧结时效工艺的优化

      在钕铁硼烧结工艺中,选择合理的烧结工艺是确保材料具有一定磁性能的关键。一般材料经过高温烧结后能够具有一定的剩磁和矫顽力,再经过时效处理可显著提高材料的矫顽力。采用最合理的时效工艺可以最大限度地提高材料的矫顽力,这也是间接降低材料配方成本的方法之一。


      一般企业都采取综合的方法,多方位、多工序降低配方成本,以最少的投入获得最大的产出。主要原理都是最终优化材料的微观组织结构,改善材料的晶粒均匀度,获得性能优良的磁体。钕铁硼生产因工序长,过程损耗大,从原材料到最终成品,全程的收率一般为60%左右,所以降低配方成本是所有钕铁硼企业成本管理的重点。