電鍍後的釹鐵硼磁鐵立方體。]]
示範釹磁鐵的磁力,用1克的釹磁鐵可以舉起1900克重的水瓶。]]
釹磁鐵(),也稱為釹鐵硼磁鐵(),常被訛誤為「銣磁鐵」,是由稀土元素釹和鐵、硼的合金製成的永久磁鐵,為化學式為Nd2Fe14B的四方晶系晶體。釹磁鐵是現今磁性最強的永久磁鐵,也是目前最常使用的稀土磁鐵,被廣泛地應用於電子產品,例如硬碟、揚聲器及耳機等,以及電動汽車的馬達和風力渦輪機的發電機等。
根據所採用的製造工藝,釹鐵硼磁鐵可分為燒結型或粘結型。
烧结钕铁硼 应用粉末冶金工艺制作成各种性能的圆柱形、方形或者毛坯,然后通过磨,切,打孔等不同的机械加工方式,制作成不同尺寸形状的磁铁成品,但因其又脆又硬,基本上只能做出圆形,圆环形,方形,瓦形等简单形状。
粘結钕铁硼,将钕铁硼磁粉与粘接剂混合,再使用模压或者注射成型工艺,可以制作成各种复杂形状的磁铁成品。
歷史
釹磁鐵是在日本由富士通實驗室的佐川真人構思的,後來他辭職去住友,開發出了釹鐵硼磁體NdFeB。於1982年,佐川發現這種磁鐵的磁能積(BHmax)還能大於釤鈷磁鐵,是當時全世界磁能積最大的物質。後來,住友特殊金屬順勢成功發展粉末冶金法(powder metallurgy process),通用汽車公司成功發展,能夠製備釹鐵硼磁鐵。
美國能源部已意識到在永磁技術中尋找稀土金屬替代品的必要性,並為此資助了相關研究。能源高級研究計畫署(ARPA-E)發起了一項名為「關鍵技術稀土替代品」(REACT)的項目,旨在開發替代材料。 2011年,ARPA-E撥款$3,160萬美元用於資助稀土替代計畫。 由於釹在風力發電機永磁體的應用,有人認為,在以可再生能源為主導的世界中,釹將成為地緣政治競爭的主要對象之一。然而,這種觀點受到了批評,因為它忽略了大多數風力發電機並不使用永久磁鐵這一事實,並且低估了經濟激勵措施對擴大生產的影響。
在消費電子領域,中國製造商憑藉對世界大部分稀土礦的控制,已成為釹磁鐵生產的主導力量。
特性
純釹具有磁性——具體來說,它是反鐵磁性的,但僅在低於的低溫下才有磁性。然而,釹與過渡金屬(例如鐵)形成的某些化合物是鐵磁性的,其居里溫度遠高於室溫。這些化合物用於製造釹磁鐵。
釹磁鐵具有高剩磁、高矯頑力、高磁能積等優異特性,但其居禮溫度比許多其他類型的磁鐵來得低,且當溫度升至100°C以上時,矯頑力會急劇下降,使其在高溫環境下的磁性能有所減損。透過在配方中添加鏑、鋱等重稀土,能夠提高釹磁鐵的矯頑力,從而改善磁鐵的耐熱性能,應用於電動汽車驅動馬達、風力渦輪機等較高溫的工作環境中。
釹磁鐵容易受腐蝕而表層或破碎成細碎的顆粒,故使用时需要在永磁材料表面做保护处理,例如用镍、锌、金、锡进行电镀,以及表面喷涂环氧树脂等。
回收
釹鐵硼(NdFeB)磁鐵的回收已逐漸成為研究與產業的焦點,因為這些磁鐵含有釹、鈰、鏑和鉺等關鍵稀土元素。傳統的磁鐵生產依賴於稀土礦石的開採與提煉,而這些製程不僅耗能巨大,更會對環境造成損害。
目前,不同地區正在進行試點項目,以測試釹鐵硼磁體回收的可擴展性。美國正在開發試點規模的回收計畫。例如,美國新創公司HyProMag USA計劃在達拉斯-沃斯堡附近建造一座工業規模的釹鐵硼磁體回收工廠,預計2027年投產,每年可處理約750噸回收磁鐵。 在歐洲,歐盟資助的SUSMAGPRO計畫已展示了釹鐵硼磁鐵在揚聲器、馬達和風力渦輪機中的試點規模回收。 在日本,Envipro Holdings已與HyProMag簽署諒解備忘錄,利用日本市場的廢棄物進行釹鐵硼磁體回收試驗。
相關條目
*镧系元素
*釤鈷磁鐵
注釋
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