瞄準(zhǔn)科技前沿 助力稀土永磁材料發(fā)展
—— 記南昌航空大學(xué)金屬材料工程專(zhuān)業(yè)羅軍明教授

◎ 本刊記者 翟萬(wàn)江

用于新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電、工業(yè)機(jī)器人、軌道交通和航空航天部件等電機(jī)磁鋼一般要求高剩磁、高矯頑力、耐高溫和耐腐蝕，常規(guī)牌號(hào)無(wú)法滿(mǎn)足使用要求。為獲取高磁性能的釹鐵硼永磁材料，普遍做法是大量添加Dy、Tb等重稀土，而Dy、Tb等重稀土資源價(jià)格昂貴，大量添加必然增加產(chǎn)品成本，降低市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此開(kāi)發(fā)新技術(shù)，在磁體獲得高剩磁、高矯頑力、耐高溫、耐腐蝕的前提下，顯著減少Dy、Tb等重稀土資源的使用量具有非常重要意義，同時(shí)可以促進(jìn)我國(guó)稀土產(chǎn)業(yè)由“資源型”向“技術(shù)創(chuàng)新型”轉(zhuǎn)變，而目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)相關(guān)研究不多，且真正能產(chǎn)業(yè)化的沒(méi)有。南昌航空大學(xué)金屬材料工程專(zhuān)業(yè)羅軍明教授領(lǐng)銜的“功能材料與器件課題組”為解決之一關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，自2011年起與企業(yè)建立了長(zhǎng)達(dá)10年的產(chǎn)學(xué)研合作，與企業(yè)一起攻克了這一關(guān)鍵技術(shù)難題。

瞄準(zhǔn)科技前沿，突破技術(shù)瓶頸

提高矯頑力的傳統(tǒng)辦法是通過(guò)在熔煉時(shí)添加重稀土，這種方法重稀土量添加量很大，例如耐溫150℃的SH牌號(hào)需要添加3%以上重稀土，耐溫180℃的UH牌號(hào)需要添加4%以上重稀土，耐溫200℃的EH牌號(hào)則需要添加5%以上重稀土，而且熔煉添加的重稀土?xí)M(jìn)入主相導(dǎo)致磁體的剩磁急劇下降。日本企業(yè)采用的滲透源是重稀土氟化物或重稀土純金屬，這些滲透源的熔點(diǎn)過(guò)高，在晶界滲透900℃高溫階段，這些滲透源依然是固相，而被晶界滲透的磁體亦是固相，可稱(chēng)為“固-固”晶界滲透，晶界滲透的深度是極大地挑戰(zhàn)。據(jù)報(bào)道，一般晶界滲透厚度不超過(guò)6mm。

為了突破晶界擴(kuò)散技術(shù)這一關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，羅軍明教授帶領(lǐng)課題組與江西金力永磁科技股份有限公司毛華云總工程師為負(fù)責(zé)人的企業(yè)團(tuán)隊(duì)不忘初心，砥礪前行，通過(guò)近10年產(chǎn)學(xué)研合作，開(kāi)發(fā)出低熔點(diǎn)合金滲透源合金以及滲透工藝，將滲透源和被晶界滲透工件在高溫段建立“液-固”晶界滲透，通過(guò)優(yōu)化重稀土鏑、鋱合金的成分、不同的涂覆方式、滲透溫度和滲透時(shí)間，使重稀土主要分布在晶界上，提高其在晶界相的濕潤(rùn)性，實(shí)現(xiàn)高效滲透，使得重稀土鏑和鋱等的添加量比滲透前降低30%以上。該技術(shù)優(yōu)于日本“固-固”晶界滲透技術(shù)，以該技術(shù)為核心的“高性能燒結(jié)釹鐵硼磁體關(guān)鍵制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”成果在2020年10月份中國(guó)稀土學(xué)會(huì)組織的成果評(píng)價(jià)中被認(rèn)定為：該成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

產(chǎn)學(xué)研合作，碩果累累

南昌航空大學(xué)“功能材料與器件課題組”自2019年成立以來(lái)已經(jīng)歷12個(gè)年頭，目前有教師11人，其中10人獲得博士學(xué)位，研究生30余人。課題組帶頭人羅軍明為二級(jí)教授，江西省百千萬(wàn)人才工程人選，江西省熱處理學(xué)會(huì)理事長(zhǎng)。十多年以來(lái)，羅軍明教授帶領(lǐng)課題組成員圍繞稀土永磁企業(yè)技術(shù)問(wèn)題，通過(guò)選派年輕教師到企業(yè)掛職、與企業(yè)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生，與企業(yè)聯(lián)合申報(bào)科研項(xiàng)目和成果等多種形式深度開(kāi)展產(chǎn)學(xué)研合作。在合作中羅軍明教授和課題組成員多次深入企業(yè)第一線(xiàn)，特別是在暑假，冒著高溫現(xiàn)場(chǎng)了解生產(chǎn)問(wèn)題，開(kāi)展科學(xué)研究。羅軍明教授坦言，從事產(chǎn)學(xué)研合作解決企業(yè)技術(shù)難題其實(shí)是一個(gè)很“痛苦”的過(guò)程，只有經(jīng)過(guò)無(wú)數(shù)個(gè)日夜的努力，流過(guò)無(wú)數(shù)汗水、淚水之后，才會(huì)有成功的喜悅。

2011年課題組和江西金力永磁科技股份有限公司共同成功申報(bào)獲批江西省重大科研計(jì)劃項(xiàng)目“低釹低鏑燒結(jié)永磁材料的關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)”，資金100萬(wàn)元，主要開(kāi)展了優(yōu)化低釹低重稀土永磁成分配方，以提高磁體磁性能研究。2012年針對(duì)NdFeB永磁體耐蝕性和耐磨差的問(wèn)題，江西金力永磁科技股份有限公司投入20萬(wàn)元給本課題組，設(shè)立了產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目“NdFeB永磁體表面強(qiáng)化防護(hù)涂層研究”，成功解決了NdFeB永磁體耐蝕性和耐磨性問(wèn)題。2014年南昌航空大學(xué)根據(jù)江西金力永磁科技股份有限公司對(duì)稀土原材料要求，贛州湛海新材料科技有限公司為課題組設(shè)立了10萬(wàn)元產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目“高純高性能稀土氧化物粉體制備”，通過(guò)攻關(guān)提升NdFeB永磁所需Nd、Tb等稀土元素的純度和性能。2012年本課題組參與國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“稀土永磁材料表面防護(hù)技術(shù)與應(yīng)用”，經(jīng)費(fèi)129萬(wàn)元，開(kāi)展了電泳、微弧氧化和磁控濺射等方法制備磁體涂層來(lái)提高磁體耐蝕性研究。2018年江西金力永磁科技股份有限公司與課題組共同成功申報(bào)到江西省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目“電動(dòng)和混合動(dòng)力電機(jī)用稀土永磁關(guān)鍵技術(shù)研究”，獲100萬(wàn)元資金支持，開(kāi)展了電動(dòng)和混合動(dòng)力電機(jī)高端釹鐵硼磁體研究。2020年江西金力永磁科技股份有限公司與課題組共同成功申報(bào)到江西省重大科技專(zhuān)項(xiàng)“節(jié)能電機(jī)高性能稀土永磁關(guān)鍵技術(shù)研究”，獲1000萬(wàn)元資金支持，目前正在開(kāi)展了高性能稀土永磁關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)。

課題組研究成果不但推廣到江西金力永磁科技股份有限公司，而且推廣到贛州富爾特電子股份有限公司和天津博雅全鑫磁電科技有限公司等稀土永磁企業(yè)，產(chǎn)生巨大經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益服務(wù)。經(jīng)過(guò)10年產(chǎn)學(xué)研合作，合作企業(yè)碩果累累，取得了良好經(jīng)濟(jì)效益和行業(yè)口碑，2012年到2020年成果實(shí)施以來(lái)實(shí)現(xiàn)銷(xiāo)售收入92.5億元，凈利潤(rùn)8.8億元。

本課題組聯(lián)合江西金力永磁科技股份有限公司等企業(yè)共同申報(bào)的“高性能燒結(jié)釹鐵硼磁體關(guān)鍵制備技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”獲得2020年中國(guó)產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)；“燒結(jié)釹鐵硼永磁體防腐關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”獲得2020年中國(guó)腐蝕與防護(hù)學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。此外，“高純稀土碳酸鹽和氧化物的物性調(diào)控與應(yīng)用” 獲得2017年中國(guó)稀土學(xué)會(huì)科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。本課題組與企業(yè)申請(qǐng)專(zhuān)利40余件，其中獲得授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利18件，授權(quán)實(shí)用新型10件；發(fā)表論文18篇，其中SCI、EI收錄16篇；聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生9人。

“我們要像總書(shū)記說(shuō)的那樣，把論文寫(xiě)在祖國(guó)大地上”，產(chǎn)學(xué)研合作取得豐碩成果使得羅軍明教授進(jìn)一步堅(jiān)信“科技創(chuàng)新是推動(dòng)企業(yè)發(fā)展的原動(dòng)力，科技創(chuàng)新永無(wú)止境”。