稀土永磁原料應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)分析
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內(nèi)容提要:稀土永磁所用金屬鐠的要求與金屬釤一樣,要求原材料金屬光澤好、純度高、雜質(zhì)少、表面潔凈,新斷口呈銀灰色,表面無肉眼可見夾雜物,無氧化。
1.稀土的概念
稀土元素指化學(xué)元素周期表中的鑭系元素—— 鑭(L a)、鈰(C e)鐠( P r )、釹( N d )、钷( P m )、釤( S m )、銪( E u )、釓( G d )、鋱( T b )、鏑( D y )、鈥( H o )、鉺( E r )、銩( T m )、鐿( Y b )、镥( L u ),以及與鑭系15個元素相關(guān)的2個元素—— 鈧(S c)和釔(Y)共17種元素。
根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì),以及它們在礦物中的共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特征,17種稀土元素通常分為2組:輕稀土(又稱鈰組)包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓;重稀土(又稱釔組)包括鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、镥、鈧、釔;稱鈰組或釔組,是因為礦物經(jīng)分離得到的稀土混合物中常以鈰或釔占優(yōu)勢。
2.稀土永磁所用稀土原料
(1)金屬釹Nd
金屬釹,元素符號N d,原子序數(shù)60,原子量144.24,熔點920℃左右,沸點3127℃左右,密度7.007g/cm3。金屬釹為金屬塊錠,銀灰色,在空氣中易氧化,與氧化合,生成氧化釹(N d2O3,淡紫色粉末),一般貯存在抽真空的密閉鐵桶中或充入氬氣。
稀土永磁所用金屬釹原材料要求金屬光澤好,純度高、雜質(zhì)少、表面潔凈,新斷口呈銀灰色,表面無肉眼可見夾雜物,無氧化,釹含量>99.5%。金屬釹原材料中的其他稀土金屬元素如C e、L a、G d、S m、E r⋯⋯對釹鐵硼永磁體的磁性能均有害,它們在其中的含量應(yīng)盡量少。金屬釹材料的牌號及化學(xué)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)G B / T 9967—88。按國家標(biāo)準(zhǔn),金屬錠用雙層袋(內(nèi)塑料袋,外紙袋)包裝封口,分裝在帶蓋的鐵桶中,灌石蠟并密封。在運輸、貯存過程中,產(chǎn)品應(yīng)置于干燥處,不得露天堆放,不得靠近高溫處,嚴(yán)防雨淋受潮,避免氧化。
金屬釹中含有較多的Ce和少量的Pr是允許的,但對于生產(chǎn)高性能〔磁能積(BH)m≥ 320 ~400kJ/m3〕的永磁體來說,選用Ce/RE< 0.5、Nd/RE≥ 99.5、全部稀土元素≥ 99.8%的金屬釹較為合適。
(2)金屬鏑Dy
金屬鏑,元素符號D y,原子序數(shù)66,原子量162.46,熔點1485℃左右,沸點2330℃左右,密度8.565g/cm3。金屬鏑為金屬塊錠,銀灰色,在空氣中易氧化,一般貯存在抽真空的密閉容器中或充入惰性氣體密封。稀土永磁所用金屬鏑原材料要求金屬清潔,無明顯的機械夾雜物,無氧化。金屬鏑材料的牌號及化學(xué)成分應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 15071—94。按照國家標(biāo)準(zhǔn),金屬鏑產(chǎn)品應(yīng)為鑄態(tài)、海綿態(tài)或結(jié)晶態(tài)銀灰色金屬;產(chǎn)品應(yīng)存放在干燥處,不得露天放置,運輸時嚴(yán)防受潮。
(3)金屬鐵Fe
釹鐵硼(N d F e B)永磁材料要求純鐵表面清潔,無氧化層、夾層、裂紋,橫向組織不得有殘余縮孔、夾層和夾雜,純鐵的牌號及化學(xué)符合國家標(biāo)準(zhǔn)G B6983—86。合理選擇原材料是保證永磁材料實現(xiàn)高磁性能的關(guān)鍵。對于生產(chǎn)高性能〔(BH)m≥ 320 ~400kJ/m3〕的永磁體來說,選用C≤ 0.003%、Si≤ 0.025%、Mn≤ 0.015%、S≤ 0.005%、P≤ 0.010%、Al≤ 0.020%、Ni≤ 0.005%、O≤ 0.005%的純鐵較為理想。
Fe以外的金屬或非金屬元素,如硅(Si)、錳(Mn)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、釩(V)、鋁(A l)、鎢(W)、鉬(M o)、銅(C u)、碳(C)、氮(N)、硫(S)、磷(P)和氧(O)等都會影響或降低釹鐵硼永磁材料性能,因此原材料純鐵中其他元素的含量也應(yīng)盡可能得低。目前國內(nèi)生產(chǎn)NdFeB永磁材料普遍采用DT4牌號的鐵,它的特點是氧含量較低,但Si、Mn、Al含量過高。
(4)硼B(yǎng)
硼,非金屬,晶體的硼呈灰黑色,元素符號B,原子序數(shù)5,原子量10.81,熔點2300℃,沸點2550℃,密度2.34g / c m3。硼的熔點高,硬度大,導(dǎo)電能力差。在釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)中,常常使用硼鐵合金。在釹鐵硼永磁體的生產(chǎn)中要求硼鐵合金結(jié)構(gòu)致密,無氣孔,密度大,非金屬夾雜少,氣體含量小,硼含量偏析小,雜質(zhì)含量低,碳含量低。
硼鐵合金的現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)有現(xiàn)行品種規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)號(G B / T 5682-1995)和現(xiàn)行技術(shù)要求標(biāo)準(zhǔn)號(G B / G5682-1995)。硼鐵按硼、碳及雜質(zhì)含量的不同,分為9個牌號,詳見表3。按照國家標(biāo)準(zhǔn),硼鐵應(yīng)呈塊狀交貨,其塊度為5 ~ 100m m,大于100m m小于5m m的數(shù)量之和不得超過該批總量的10%,硼鐵塊的表面和斷面處不得有非金屬夾雜物。產(chǎn)品可按爐或牌號組批交貨,按爐交貨時,低碳產(chǎn)品中硼的最高或最低含量與平均試樣含碳量之差不得超過2%,中碳產(chǎn)品為2%。組成一批交貨的產(chǎn)品,各爐之間的平均含硼量之差不得大于2%。
硼鐵一般采用鐵桶包裝,不得露天存放,防止氧化,嚴(yán)防滲水或混入雜物。
2012-2016年中國稀土永磁材料市場專項調(diào)研與投資前景預(yù)測報告
(5)釤Sm
金屬釤,元素符號S m,原子序數(shù)62,原子量150.43,熔點1052℃左右,沸點1778℃左右,密度7.540g/cm3。金屬釤為銀灰色塊狀金屬,原材料在空氣中易氧化,氧化后生成氧化釤(Sm2O3,淡黃色粉末)。為防氧化變質(zhì),故應(yīng)裝入鐵桶并密封,抽真空,充氬氣,并放于干燥處;運輸時,嚴(yán)防雨淋受潮。
稀土永磁所用金屬釤原材料要求金屬錠面金屬光澤好、純度高、雜質(zhì)少、表面潔凈,新斷口呈銀灰色,表面無明顯的機械夾雜物,無氧化(即表面無淡黃色粉末)。金屬釤材料的產(chǎn)品牌號及化學(xué)成分應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)G B / T2968-1994。
(6)鐠Pr
金屬鐠,元素符號P r,原子序數(shù)59,原子量140.92,熔點935℃左右,沸點3212℃左右,密度6.769g/cm3。金屬鐠為金屬塊狀,深灰色,在空氣中易氧化,氧化后生成氧化鐠,一般貯存在密閉的鐵桶中抽真空,充氬氣。
稀土永磁所用金屬鐠的要求與金屬釤一樣,要求原材料金屬光澤好、純度高、雜質(zhì)少、表面潔凈,新斷口呈銀灰色,表面無肉眼可見夾雜物,無氧化。
金屬鐠的牌號及化學(xué)成分應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)G B / T 19395-2003。按國家標(biāo)準(zhǔn),金屬鐠的包裝應(yīng)用雙層袋(內(nèi)塑料袋,外紙袋)包裝封口,分裝在帶蓋的鐵桶中密封。在運輸、貯存過程中,材料應(yīng)置于干燥處,不得露天放置,不得靠近高溫處,嚴(yán)防雨淋受潮,避免氧化。
3.世界稀土資源分布
稀土元素在地殼中并不稀少,只是分散而已。不過,雖然稀土的絕對量很大,但就目前為止能真正成為可開采的稀土礦并不多,而且在世界上分布極不均勻,主要集中在中國、美國、印度、前蘇聯(lián)、南非、澳大利亞、加拿大、埃及等幾個國家,其中中國的占有率最高。表6列出了世界稀土資源分布及儲量。
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