替代稀土的強(qiáng)磁鐵材料研制成功

氮化鐵：替代稀土的強(qiáng)磁鐵材料，首次以克為單位制造成功 圖1：成功以克為單位生成的氮化鐵Fe16N2粉末 圖2：以有機(jī)金屬絡(luò)合物為原材料的一種制備方法（ 　　由日本東北大學(xué)研究生院教授高橋研、助教小川智之及戶(hù)田工業(yè)等組成的研究小組，成功地以克為單位生成了氮化鐵（Fe16N2）粉末（圖1）。作為日本新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）的“稀有金屬替代材料開(kāi)發(fā)項(xiàng)目”的一部分，該研究小組在推進(jìn)將Fe16N2作為不使用稀土類(lèi)元素的強(qiáng)磁鐵候補(bǔ)材料的研究過(guò)程中，全球首次以高達(dá)91％的純度和以克為單位的再現(xiàn)性成功生成了Fe16N2粉末。 　　生成的Fe16N2粉末粒徑為幾十至幾百nm，飽和磁化強(qiáng)度在溫度50K下為230emu/g、在室溫下為221emu/g，高于純鐵（1emu/g＝4π×10－7Wb·m/kg）。雖然與矯頑力成比例的磁晶各向異性較低，但決定磁鐵磁力的最大磁能積為100MGOe（796kJ/m3），比釹·鐵·硼（Nd-Fe-B）類(lèi)燒結(jié)磁鐵高30％多。 　　以氮化鐵為材料的磁鐵投入使用目標(biāo)時(shí)間為2023～2025年。目前面臨的課題有：（1）確立量產(chǎn)技術(shù)；（2）減少該材料的界面缺陷和尺寸上的偏差；（3）通過(guò)將部分Fe和N置換成其他元素來(lái)提高矯頑力；（4）確立對(duì)于納米尺寸的該粉末進(jìn)行配向及固化的技術(shù)；（5）確立200℃以下的提高Fe16N2填充率的配向和固化技術(shù)（Fe16N2一旦超過(guò)200℃就會(huì)熱分解）。 　　此次，之所以能夠以克為單位生成Fe16N2粉末，是因?yàn)檎业搅嗽谏蛇^(guò)程中的降溫階段抑制Fe16N2變成Fe4N和Fe的工藝條件和原材料。制備方法方面，嘗試了以有機(jī)金屬絡(luò)合物為原材料的方法和純粹以無(wú)機(jī)條件制造鐵化合物的方法等幾種方法，通過(guò)其中的幾種方法成功生成了粉末。例如，以有機(jī)金屬絡(luò)合物為原材料的方法方面，不僅工藝條件得到優(yōu)化，原材料方面還控制了結(jié)晶顆粒的形狀和尺寸等（圖2）。生成粉末所需要的時(shí)間因制備方法而異，生成約2g的粉末時(shí)長(zhǎng)則需要1天半～2天，短則需要半天。戶(hù)田工業(yè)負(fù)責(zé)合成原材料，東北大學(xué)則負(fù)責(zé)采用該原材料生成高純度Fe16N2的技術(shù)。（記者：富岡 恒憲）