研究人員開發出一種制造永磁體的新工藝

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艾姆斯國家實驗室領導的美國能源部創新中心關鍵材料研究所的研究人員開發了一種制造高性能永磁體的新方法。

這種新的“熱軋納米新磁體”工藝通過簡單的、商業上可擴展的工藝生產包裹在不銹鋼中的納米顆粒釹永磁體。與目前工業中使用的間歇工藝相比，該工藝是半連續的，這使得它更具成本效益和能源效率。

釹鐵硼(Neo)永磁體對于各種技術越來越重要，包括風力渦輪機、電動汽車和手機。在許多應用中，永磁體需要在高溫下發揮作用。不幸的是，即使是150°C(302°F)左右的中等溫度也會降低永磁體的性能。

艾姆斯實驗室科學家崔軍表示，制造永磁體的最大挑戰是提高其在高溫下的抗退磁能力。他解釋了應對這一挑戰的兩種方法。第一個是在新磁鐵中添加鏑。然而，鏑被美國能源部和許多其他國家列為關鍵材料，這意味著它的供應量非常有限。第二種方法是通過使用更小的磁性材料顆粒開始制造過程來制造具有小晶粒尺寸的磁體。

崔解釋說，“制造磁鐵有兩種傳統方法。一種是制造大量特定尺寸的粉末，三微米到五微米，這就是通常的尺寸。這些粉末對空氣非常敏感。它是如此敏感，以至于它會自燃，所以你必須小心處理一切。”第二個涉及從更小的粉末開始，而不是用微米來測量，而是用納米來測量。作為參考，人類頭發的直徑通常為70微米，一微米等于1,000納米。

將微米尺寸的粉末暴露在磁場中，使每個顆粒的磁極指向同一方向，然后壓實。然后，它們融合在一起形成單一固體、完全致密的材料。對于含有鏑的新磁體，燒結過程包括將材料加熱到極高的溫度以使磁體致密化。

對于納米粒子方法，粉末不含任何鏑，但首先必須非常緊密地堆積，然后經過兩個階段的熱變形以使磁體致密化。這些磁體一旦形成，它們仍然對空氣敏感，因此它們要經過最后的涂層過程，在其中涂上鎳。

崔和他的團隊開發的新方法簡化了這個過程。“我們最終只是從粉末開始，然后將它們包裝到不銹鋼管中。我們將它們包裝得非常致密，然后我們將它們熱卷起來，”崔解釋道。“我們將其加熱，然后將其送到軋機，然后整個過程就完成了。”

崔提到了這個新工藝的幾個好處。首先，它不需要真空爐來保護磁鐵材料免受空氣影響，因為不銹鋼管是完全密封的。其次，他們可以制造更薄的磁鐵，以保持其結構完整性和磁性。第三，它消除了涂層步驟，因為材料在整個過程中保留在不銹鋼外殼中。最后，“我們可以連續制造很長的磁鐵，然后將其切成許多更小的磁鐵，而不是批量加工，”崔說。“所以現在你突然開始尋找一種全新的、經濟高效的磁鐵制造方法。

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