研究人员开发出一种制造永磁体的新工艺

艾姆斯国家实验室领导的美国能源部创新中心关键材料研究所的研究人员开发了一种制造高性能永磁体的新方法。

这种新的“热轧纳米新磁体”工艺通过简单的、商业上可扩展的工艺生产包裹在不锈钢中的纳米颗粒钕永磁体。与目前工业中使用的间歇工艺相比，该工艺是半连续的，这使得它更具成本效益和能源效率。

钕铁硼(Neo)永磁体对于各种技术越来越重要，包括风力涡轮机、电动汽车和手机。在许多应用中，永磁体需要在高温下发挥作用。不幸的是，即使是150°C(302°F)左右的中等温度也会降低永磁体的性能。

艾姆斯实验室科学家崔军表示，制造永磁体的最大挑战是提高其在高温下的抗退磁能力。他解释了应对这一挑战的两种方法。第一个是在新磁铁中添加镝。然而，镝被美国能源部和许多其他国家列为关键材料，这意味着它的供应量非常有限。第二种方法是通过使用更小的磁性材料颗粒开始制造过程来制造具有小晶粒尺寸的磁体。

崔解释说，“制造磁铁有两种传统方法。一种是制造大量特定尺寸的粉末，三微米到五微米，这就是通常的尺寸。这些粉末对空气非常敏感。它是如此敏感，以至于它会自燃，所以你必须小心处理一切。”第二个涉及从更小的粉末开始，而不是用微米来测量，而是用纳米来测量。作为参考，人类头发的直径通常为70微米，一微米等于1,000纳米。

将微米尺寸的粉末暴露在磁场中，使每个颗粒的磁极指向同一方向，然后压实。然后，它们融合在一起形成单一固体、完全致密的材料。对于含有镝的新磁体，烧结过程包括将材料加热到极高的温度以使磁体致密化。

对于纳米粒子方法，粉末不含任何镝，但首先必须非常紧密地堆积，然后经过两个阶段的热变形以使磁体致密化。这些磁体一旦形成，它们仍然对空气敏感，因此它们要经过最后的涂层过程，在其中涂上镍。

崔和他的团队开发的新方法简化了这个过程。“我们最终只是从粉末开始，然后将它们包装到不锈钢管中。我们将它们包装得非常致密，然后我们将它们热卷起来，”崔解释道。“我们将其加热，然后将其送到轧机，然后整个过程就完成了。”

崔提到了这个新工艺的几个好处。首先，它不需要真空炉来保护磁铁材料免受空气影响，因为不锈钢管是完全密封的。其次，他们可以制造更薄的磁铁，以保持其结构完整性和磁性。第三，它消除了涂层步骤，因为材料在整个过程中保留在不锈钢外壳中。最后，“我们可以连续制造很长的磁铁，然后将其切成许多更小的磁铁，而不是批量加工，”崔说。“所以现在你突然开始寻找一种全新的、经济高效的磁铁制造方法。