年終歲尾，從包頭中科泰磁涂層科技有限責(zé)任公司（以下簡稱“中科泰磁”）傳出消息，該公司的全自動磁控濺射鍍膜設(shè)備的設(shè)計(jì)工作已經(jīng)完成，設(shè)備正在外省定制中，預(yù)計(jì)2021年4月安裝完成。“目前，我們的生產(chǎn)線是年處理100噸釹鐵硼磁體材料，安裝新設(shè)備之后，年處理300噸~400噸釹鐵硼磁體材料，生產(chǎn)效率提升4~5倍,人員減少30%。”中科泰磁董事長張延杰說。

近年來，社會各界環(huán)保意識日益加強(qiáng)，發(fā)展適應(yīng)稀土永磁材料防護(hù)的綠色鍍膜技術(shù)關(guān)系到該產(chǎn)業(yè)未來能否健康發(fā)展。“研究電鍍技術(shù)、工藝和裝備，使其達(dá)到提高性能、降低排放是國內(nèi)釹鐵硼行業(yè)共同關(guān)心的問題。研究并應(yīng)用物理氣相沉積磁控濺射技術(shù)，旨在提高我國磁體防護(hù)技術(shù)及大型稀土永磁材料表面防護(hù)設(shè)備的裝備制造能力。”中國科學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師夏原說。

釹鐵硼材料表面防護(hù)亟待升級

眾所周知，釹鐵硼永磁材料具有高剩磁、高矯頑力、高磁能積等突出的磁性能，因此，釹鐵硼永磁材料被廣泛地應(yīng)用于風(fēng)電、電動汽車、節(jié)能電機(jī)、智能手機(jī)、智能制造裝備（工業(yè)機(jī)器人）、航空航天等高新技術(shù)領(lǐng)域的核心器件，已成為高新技術(shù)、新興產(chǎn)業(yè)、社會進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一，永磁材料產(chǎn)業(yè)也因此成為一個(gè)具有重要戰(zhàn)略意義的行業(yè)。

相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，我國擁有豐富的稀土資源，特別是釹鐵硼磁粉中的主要原料——金屬釹已探明儲量占世界儲量的48%。在釹鐵硼永磁體產(chǎn)品方面，我國也是世界第一生產(chǎn)大國，但值得注意的是，國內(nèi)釹鐵硼磁體相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與國外高性能釹鐵硼永磁體產(chǎn)品還有一定差距。

“近年來，以燒結(jié)釹鐵硼為代表的永磁材料在制備工藝和磁性能的提高方面有了長足的進(jìn)步，一批企業(yè)由于新設(shè)備的引進(jìn)消化已經(jīng)在提高磁性能方面可以與日本住友、信越等企業(yè)看齊。” 包頭市金蒙匯磁材料有限責(zé)任公司技術(shù)副總王強(qiáng)說，但是，由于釹鐵硼的結(jié)構(gòu)，其耐蝕性能較差，必須通過防護(hù)處理才能應(yīng)用，國內(nèi)超過95%的燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)品采用電鍍防護(hù)技術(shù)，而一般又有超過65%的釹鐵硼磁體的電鍍是通過“外協(xié)”形式加工的。

據(jù)夏原介紹，釹鐵硼的組織和化學(xué)性能使得其在電鍍處理工藝過程中與酸洗液、電鍍液發(fā)生反應(yīng)，在防護(hù)鍍層還沒有覆蓋磁體工件時(shí)，磁體就已經(jīng)遭到腐蝕，在磁體表層產(chǎn)生疏松、電解液殘留、裂紋等缺陷。釹鐵硼企業(yè)自身的電鍍加工以及通過“外協(xié)”加工，環(huán)保和排放治理的壓力日益增加，在管理水平和產(chǎn)品一致性也參差不齊。

張延杰坦言，未來動力電機(jī)磁體是釹鐵硼重要的應(yīng)用方向，采用電鍍難以滿足防護(hù)要求，這是因?yàn)殡姍C(jī)頻繁啟動導(dǎo)致電鍍鍍層應(yīng)力在交變溫場作用下發(fā)生波動性變化，最終導(dǎo)致鍍層剝離。

給釹鐵硼材料披上綠色外衣

王強(qiáng)給記者講述了一個(gè)事實(shí)：目前我國釹鐵硼產(chǎn)業(yè)存在的主要問題是釹鐵硼產(chǎn)品檔次低和質(zhì)量差，國外產(chǎn)品平均價(jià)格是國內(nèi)產(chǎn)品的3~4倍，而提高釹鐵硼的表面防護(hù)水平，滿足各種應(yīng)用環(huán)境的要求，是提高釹鐵硼產(chǎn)品質(zhì)量、性能，進(jìn)而提高其檔次的關(guān)鍵之一。

“由于釹鐵硼的市場前景及重要地位，國外各生產(chǎn)商皆將釹鐵硼的表面防護(hù)技術(shù)作為重要技術(shù)秘密，因此，要提高產(chǎn)品競爭力，占領(lǐng)國際市場，發(fā)揮稀土大國的資源優(yōu)勢，必須發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的釹鐵硼防護(hù)技術(shù)。”夏原說。

據(jù)中科院副研究員、博士后李光介紹，物理氣相沉積薄膜技術(shù)（PVD）如磁控濺射、離子鍍、蒸發(fā)鍍，是沉積薄膜很好的手段，均可獲得防護(hù)性鍍層。采用該技術(shù)在釹鐵硼表面沉積金屬薄膜，其穩(wěn)定性和鍍層/基體結(jié)合力、致密度高，在冷熱交變環(huán)境下的防腐能力較強(qiáng)。已有研究表明，如果沉積過程濺射粒子能量足夠高，可以提高磁體矯頑力。另外，在物理氣相沉積施鍍過程中，鍍層厚度受磁體工件邊角的影響遠(yuǎn)低于電鍍和化學(xué)鍍，且制備過程不存在污染問題。

“物理氣相沉積磁控濺射技術(shù)，是將正交電場與磁場施加于陽極（基材）、陰極（重稀土靶材）之間，使氬氣在電場、磁場之間被激發(fā)出高能氬離子，通過撞擊重稀土靶材將氬離子以原子形式沉積到基材表面，從而實(shí)現(xiàn)處于激發(fā)態(tài)的高能重稀土靶材原子均勻牢固地附著于基材表面，有利于后續(xù)高真空重稀土原子熱擴(kuò)散過程。”張延杰說道，目前申請專利15項(xiàng)，其中授權(quán)發(fā)明專利1項(xiàng)，實(shí)用新型專利6項(xiàng)，申請并授權(quán)商標(biāo)4項(xiàng)。

采用綠色無污染的物理氣相沉積技術(shù)是未來釹鐵硼防護(hù)的發(fā)展方向?，F(xiàn)已建成我國第一個(gè)年產(chǎn)百噸級連續(xù)化綠色無污染物理氣相沉積產(chǎn)業(yè)化示范生產(chǎn)線，產(chǎn)品不僅可以滿足風(fēng)電、電動汽車等新興應(yīng)用領(lǐng)域要求，采用物理氣相沉積防護(hù)的高溫釤鈷永磁還可滿足高技術(shù)領(lǐng)域的需求。對于推廣綠色鍍膜的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)我國稀土永磁材料產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有重要意義。