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稀土永磁铁又称铷铁硼磁铁,自1982年由日本住友特殊金属的佐川真人发现以来,其制作生产工艺和品质已得到较大改进和提升,是现今磁性最强的永久磁铁。稀土永磁铁优异的磁性能远超其他各类磁铁,被广泛应用于电子、电气、机械、运输、医疗等领域,特别是电子技术和新能源电动汽车的蓬勃发展,使稀土永磁铁的使用需求剧增,其市场前景十分广阔。
稀土永磁铁由铷、铁、硼元素组成,容易发生氧化和锈蚀,温度稍高,氧化更为严重,氧化将致使永磁铁整体特性下降,对其使用造成较大的限制。所以,根据不同的使用需求,必须对其表面进行不同的涂层处理。目前主要采用电镀和化学镀的方法,在其表面镀上一层金属,如锌、镍、银、铜、合金等,或者喷涂环氧树脂。但镀上金属以后,其耐高温问题仍然无法得到有效解决,且易发脆,镀层品质欠佳。同时,电镀和化学镀容易造成污染,不符合环保要求。多年来,国内外有关科研机构屡屡攻关,仍无较为理想的解决方案,而迅速扩大的应用需求又迫切需要高质量的永久磁铁产品。因此,稀土永磁铁防腐处理成为制约稀土永磁铁产品品质及其使用的一大难题。
中国科学院力学研究所夏原团队基于高能脉冲磁控溅射技术,采用真空镀膜的方法,针对铷铁硼磁材的表面防护,研发出了突破性的解决方案,同时为便于量产,他们设计了一套铷铁硼磁材表面超强耐蚀真空镀膜生产线,并制订了完善的生产标准,已经形成从技术支持到工业化生产的成熟方案。与现有其他技术相比,该方案具有磁材产品品质优异、投资小、清洁无污染、智能化管理、生产效率高等优势,属于稀土永磁铁防腐领域世界领先技术。
据团队成员许亿介绍,该技术方案的关键问题,是重点解决涂层性能,包括涂层结合力、耐蚀性以及效率问题。为达到技术指标要求,确保产品质量,团队采用了整体刻蚀技术,也就是对磁材表面进行整体清洗,然后通过真空高温产生高密度软晶体,实现涂层超强、超高的结合率,从而在磁材表面形成超强耐蚀的涂層。该技术方案针对稀土永磁铁的不同应用场景,分别建立了不同的涂层平台体系。比如,对于手机用磁铁,采用复合涂层系列,提高镀层精度,并针对产品尺寸较小的情况,研发了卧式真空装备,以解决难以夹装的问题;针对环境恶劣的情况,比如海上,则在磁铁中采用了除蚀系列技术。
关于量化生产,团队介绍,为了扩大整个生产线的产能,他们对生产线进行了模块化设计,可以大幅度提高产能,实现工业化量产。同时,该团队攻克了一些配套体系技术,包括研磨抛光系统、真空清洗干燥系统、机器人运输。其中,抛光系统、干燥系统可以确保涂层的结合率;AGV机器人运输可以减少人力使用,降低生产成本。
该技术方案已经在包头、宁波、广州等地进行了试产试用,得到了良好的评价。许亿介绍,为了应市场所急,将进行三个阶段的推广。第一个阶段是建立一个涂层示范县,进行标准化流程设计。第二个阶段是和有关企业合作,开展实际生产应用并制订企业标准。第三个阶段是进行模块化设计及制造,在稀土及硼矿石产区进行试生产,并致力于实现规模化生产。
就投资生产问题,如果是采取电镀或化学镀生产方式的厂家想采用该技术进行生产,只需要在现有生产设备的基础上,投资建设真空封闭设施,即可进行规模化生产。相比电镀和化学镀生产方式本身要投入巨资建设环保设施,采用该技术可解决环保方面的问题,总体投资成本更低。许亿表示,未来,希望有更多人能够认识并采用这项技术,将这项科研成果的效用充分发挥出来。
稀土永磁铁由铷、铁、硼元素组成,容易发生氧化和锈蚀,温度稍高,氧化更为严重,氧化将致使永磁铁整体特性下降,对其使用造成较大的限制。所以,根据不同的使用需求,必须对其表面进行不同的涂层处理。目前主要采用电镀和化学镀的方法,在其表面镀上一层金属,如锌、镍、银、铜、合金等,或者喷涂环氧树脂。但镀上金属以后,其耐高温问题仍然无法得到有效解决,且易发脆,镀层品质欠佳。同时,电镀和化学镀容易造成污染,不符合环保要求。多年来,国内外有关科研机构屡屡攻关,仍无较为理想的解决方案,而迅速扩大的应用需求又迫切需要高质量的永久磁铁产品。因此,稀土永磁铁防腐处理成为制约稀土永磁铁产品品质及其使用的一大难题。
中国科学院力学研究所夏原团队基于高能脉冲磁控溅射技术,采用真空镀膜的方法,针对铷铁硼磁材的表面防护,研发出了突破性的解决方案,同时为便于量产,他们设计了一套铷铁硼磁材表面超强耐蚀真空镀膜生产线,并制订了完善的生产标准,已经形成从技术支持到工业化生产的成熟方案。与现有其他技术相比,该方案具有磁材产品品质优异、投资小、清洁无污染、智能化管理、生产效率高等优势,属于稀土永磁铁防腐领域世界领先技术。
据团队成员许亿介绍,该技术方案的关键问题,是重点解决涂层性能,包括涂层结合力、耐蚀性以及效率问题。为达到技术指标要求,确保产品质量,团队采用了整体刻蚀技术,也就是对磁材表面进行整体清洗,然后通过真空高温产生高密度软晶体,实现涂层超强、超高的结合率,从而在磁材表面形成超强耐蚀的涂層。该技术方案针对稀土永磁铁的不同应用场景,分别建立了不同的涂层平台体系。比如,对于手机用磁铁,采用复合涂层系列,提高镀层精度,并针对产品尺寸较小的情况,研发了卧式真空装备,以解决难以夹装的问题;针对环境恶劣的情况,比如海上,则在磁铁中采用了除蚀系列技术。
关于量化生产,团队介绍,为了扩大整个生产线的产能,他们对生产线进行了模块化设计,可以大幅度提高产能,实现工业化量产。同时,该团队攻克了一些配套体系技术,包括研磨抛光系统、真空清洗干燥系统、机器人运输。其中,抛光系统、干燥系统可以确保涂层的结合率;AGV机器人运输可以减少人力使用,降低生产成本。
该技术方案已经在包头、宁波、广州等地进行了试产试用,得到了良好的评价。许亿介绍,为了应市场所急,将进行三个阶段的推广。第一个阶段是建立一个涂层示范县,进行标准化流程设计。第二个阶段是和有关企业合作,开展实际生产应用并制订企业标准。第三个阶段是进行模块化设计及制造,在稀土及硼矿石产区进行试生产,并致力于实现规模化生产。
就投资生产问题,如果是采取电镀或化学镀生产方式的厂家想采用该技术进行生产,只需要在现有生产设备的基础上,投资建设真空封闭设施,即可进行规模化生产。相比电镀和化学镀生产方式本身要投入巨资建设环保设施,采用该技术可解决环保方面的问题,总体投资成本更低。许亿表示,未来,希望有更多人能够认识并采用这项技术,将这项科研成果的效用充分发挥出来。