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(jiǎn)稱“中科泰磁”）傳出消息，該公司的全自動(dòng)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(zhǎng)張延杰說。

近年來，社會(huì)各界環(huán)保意識(shí)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(guó)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(guó)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(guó)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(jí)

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(dòng)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(huì)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(guó)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(chǔ)量占世界儲(chǔ)量的48%。在釹鐵硼永磁體產(chǎn)品方面，我國(guó)也是世界第一生產(chǎn)大國(guó)，但值得注意的是，國(guó)內(nèi)釹鐵硼磁體相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與國(guó)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(zhǎng)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(guó)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(dòng)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(dòng)導(dǎo)致電鍍鍍層應(yīng)力在交變溫場(chǎng)作用下發(fā)生波動(dòng)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(guó)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(guó)外產(chǎn)品平均價(jià)格是國(guó)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(chǎng)前景及重要地位，國(guó)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(jìng)爭(zhēng)力，占領(lǐng)國(guó)際市場(chǎng)，發(fā)揮稀土大國(guó)的資源優(yōu)勢(shì)，必須發(fā)展具有我國(guó)自主知識(shí)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(chǎng)與磁場(chǎng)施加于陽極（基材）、陰極（重稀土靶材）之間，使氬氣在電場(chǎng)、磁場(chǎng)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(qǐng)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(qǐng)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(guó)第一個(gè)年產(chǎn)百噸級(jí)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(dòng)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(duì)于推廣綠色鍍膜的產(chǎn)業(yè)化，實(shí)現(xiàn)我國(guó)稀土永磁材料產(chǎn)品質(zhì)量的提升具有重要意義。