稀土鐵硼燒結(jié)永磁體晶界擴(kuò)散效果評(píng)價(jià)方法標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)報(bào)告EnglishTitle:StandardizationProjectReportonEvaluationMethodsforGrainBoundaryDiffusionEffectsinSinteredNd-Fe-BPermanentMagnets摘要隨著新能源汽車(chē)、高速鐵路、工業(yè)機(jī)器人及消費(fèi)電子等高端制造領(lǐng)域的快速發(fā)展，高性能釹鐵硼永磁體作為關(guān)鍵功能材料，其需求量與技術(shù)指標(biāo)要求持續(xù)提升。晶界擴(kuò)散工藝因能顯著提高矯頑力并減少重稀土使用量，已成為當(dāng)前高性能磁體制備的主流技術(shù)之一。然而，由于缺乏統(tǒng)一的工藝效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，不同企業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差異顯著，嚴(yán)重影響行業(yè)技術(shù)提升與產(chǎn)品互換性。本項(xiàng)目旨在制定《稀土鐵硼燒結(jié)永磁體晶界擴(kuò)散效果評(píng)價(jià)方法》標(biāo)準(zhǔn)，提出磁性能評(píng)價(jià)法、元素含量分布分析評(píng)價(jià)法及元素利用效率評(píng)價(jià)法三類科學(xué)方法，建立全面、可操作的工藝評(píng)估體系。該標(biāo)準(zhǔn)將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)在該技術(shù)領(lǐng)域評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的空白，推動(dòng)稀土永磁產(chǎn)業(yè)向高性能、低成本和綠色制造方向發(fā)展，為我國(guó)新能源汽車(chē)等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)提供材料保障。關(guān)鍵詞：釹鐵硼永磁體；晶界擴(kuò)散；矯頑力；評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；重稀土減量化Keywords:Nd-Fe-Bpermanentmagnets;Grainboundarydiffusion;Coercivity;Evaluationstandard;Heavyrareearthreduction一、立項(xiàng)背景與意義2017年7月，工業(yè)和信息化部發(fā)布《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2017年版）》（工信部原〔2017〕168號(hào)），將11種稀土功能材料列為“關(guān)鍵戰(zhàn)略材料”，其中包括用于新能源汽車(chē)、高鐵、機(jī)器人及消費(fèi)電子等領(lǐng)域的高性能釹鐵硼永磁體。此外，《稀土行業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016–2020年）》和《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》也明確將高性能燒結(jié)釹鐵硼永磁體列為重點(diǎn)發(fā)展新材料。在全球汽車(chē)產(chǎn)業(yè)電動(dòng)化轉(zhuǎn)型的背景下，以特斯拉為代表的電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)迅速崛起，傳統(tǒng)車(chē)企如大眾等也加大電動(dòng)化投入。我國(guó)借助新能源汽車(chē)實(shí)現(xiàn)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)“彎道超車(chē)”的戰(zhàn)略意圖明顯。驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為電動(dòng)汽車(chē)的核心部件，其性能直接依賴于高性能稀土永磁材料。電機(jī)運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，高溫和動(dòng)態(tài)反向磁場(chǎng)易導(dǎo)致永磁體退磁，因此對(duì)矯頑力（Hcj）提出極高要求。傳統(tǒng)提高矯頑力的方法是在熔煉過(guò)程中添加鏑（Dy）、鋱（Tb）等重稀土元素，形成(Nd,Dy)?Fe??B或(Nd,Tb)?Fe??B相以提高磁晶各向異性場(chǎng)。然而該方法存在兩大弊端：一是重稀土資源稀缺、價(jià)格高昂，導(dǎo)致成本上升；二是Dy/Tb的加入會(huì)降低剩磁（Br）和磁能積（(BH)max），為維持性能需增加磁體用量，進(jìn)一步推高成本。晶界擴(kuò)散工藝通過(guò)將重稀土元素僅滲入主相晶粒表層，顯著提高矯頑力的同時(shí)最大限度保持剩磁與磁能積，實(shí)現(xiàn)了重稀土元素的高效利用。隨著工藝發(fā)展，局部擴(kuò)散和梯度矯頑力磁體成為新趨勢(shì)，但現(xiàn)有整體磁性能檢測(cè)方法已無(wú)法滿足區(qū)域性擴(kuò)散效果評(píng)價(jià)的需求。因此，亟需建立科學(xué)、統(tǒng)一、可重復(fù)的晶界擴(kuò)散效果評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以規(guī)范生產(chǎn)工藝、提升產(chǎn)品質(zhì)量、推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步。二、范圍與主要技術(shù)內(nèi)容1.適用范圍本標(biāo)準(zhǔn)適用于稀土鐵硼燒結(jié)永磁體經(jīng)晶界擴(kuò)散工藝處理后的效果評(píng)價(jià)，主要包括兩種方法：-磁性能評(píng)價(jià)法：通過(guò)對(duì)擴(kuò)散前后磁性能參數(shù)的測(cè)量，評(píng)估是否滿足應(yīng)用需求；-擴(kuò)散稀土元素含量分析評(píng)價(jià)法：通過(guò)元素分布分析，為工藝優(yōu)化提供依據(jù)。2.主要技術(shù)內(nèi)容（1）磁性能評(píng)價(jià)法依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：-GB/T3217《永磁材料磁性能試驗(yàn)方法》-GB/T29628《永磁材料高溫磁性能測(cè)試方法》-GB/T24270《永磁材料磁通不可逆損失測(cè)定方法》-GB/T40794《稀土永磁材料磁性能分布測(cè)試方法》-GB/T38437《燒結(jié)釹鐵硼永磁材料》主要包括：-a.整體磁性能變化量評(píng)估：擴(kuò)散前后矯頑力HcJ、剩磁Br、磁能積(BH)max等參數(shù)的變化量，特別包括高溫環(huán)境下磁通不可逆損失的減小量；-b.區(qū)域性磁性能差異比較：對(duì)非均勻擴(kuò)散磁體不同部位進(jìn)行磁性能測(cè)繪，評(píng)估其梯度性能是否符合設(shè)計(jì)要求。（2）擴(kuò)散稀土元素含量分布評(píng)價(jià)法以X射線光譜法、輝光放電光譜法（GDOES）為主要手段：-c.元素濃度-深度分布分析：測(cè)定Dy、Tb等重稀土元素從表面向內(nèi)部的濃度分布曲線；-d.擴(kuò)散深度定義與測(cè)量：提出以“H1wt%”作為擴(kuò)散深度的判定基準(zhǔn)，即元素濃度降至表面濃度1%時(shí)的深度；-e.擴(kuò)散均勻性評(píng)價(jià)：通過(guò)測(cè)量磁體表面不同區(qū)域元素含量，計(jì)算極差與平均值的比值，評(píng)估擴(kuò)散均勻性。（3）擴(kuò)散元素利用效率評(píng)價(jià)法結(jié)合電感耦合等離子體光譜（ICP）與磁性能測(cè)量：-f.單位重稀土添加對(duì)矯頑力的提升效果：計(jì)算△HcJ/單位重量百分比添加量（wt%），評(píng)估工藝的資源效率。三、主要參與單位介紹北京中科三環(huán)高技術(shù)股份有限公司作為本項(xiàng)目牽頭單位，是中國(guó)稀土永磁材料行業(yè)的龍頭企業(yè)，也是全球領(lǐng)先的釹鐵硼永磁體制造商之一。公司長(zhǎng)期致力于高性能稀土永磁材料的研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化，承擔(dān)多項(xiàng)國(guó)家“863”、“973”計(jì)劃項(xiàng)目及重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，具備從稀土原料到磁體成品的完整產(chǎn)業(yè)鏈。中科三環(huán)擁有國(guó)家認(rèn)定企業(yè)技術(shù)中心和博士后科研工作站，參與制定多項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具備深厚的技術(shù)積累和標(biāo)準(zhǔn)化工作經(jīng)驗(yàn)。在此次標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)中，中科三環(huán)將聯(lián)合高校、科研院所及上下游企業(yè)，共同推動(dòng)晶界擴(kuò)散評(píng)價(jià)技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與推廣應(yīng)用。四、結(jié)論與展望《稀土鐵硼燒結(jié)永磁體晶界擴(kuò)散效果評(píng)價(jià)方法》的制定將填補(bǔ)國(guó)內(nèi)外在該技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)空白，建立一套科學(xué)、系統(tǒng)、可操作的評(píng)價(jià)體系，有助于：-統(tǒng)一產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)價(jià)尺度，提升行業(yè)整體技術(shù)水平；-推動(dòng)重稀土資源節(jié)約與綠色制造；-滿足新能源汽車(chē)、風(fēng)電、變頻家電等高端市場(chǎng)對(duì)高性能磁體的需求；-增強(qiáng)我國(guó)稀土永磁產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)，隨著晶界擴(kuò)散工藝向局部化、梯度化方向發(fā)展，本標(biāo)準(zhǔn)還需不斷修訂和完善，引入更先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)與數(shù)據(jù)分析方法，持續(xù)支撐我國(guó)稀土永磁產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。參考文獻(xiàn)：-《重點(diǎn)新材料首批次應(yīng)用示范指導(dǎo)目錄（2017年版