钕铁硼熔炼工艺实习报告

2024-04-27

钕铁硼熔炼工艺实习报告（精选4篇）

篇1：钕铁硼熔炼工艺实习报告

实习报告

实习内容：熟悉工艺流程掌握抛丸机、熔炼等设备的原理以及各牌号产品工艺控制参数及质量控制点。

经过一个礼拜关于熔炼的实习，使我对熔炼操作的了解大大加深。因为现在产品基本上是高牌号产品，而且产量并不特别多，所以600kg速凝炉的使用比较频繁。600kg速凝炉的基本操作规范如下：作业准备→装料→抽真空→烘料→充氩→加热→精炼→浇铸→冷却出炉→铸片检验。其中装料前需先对坩埚进行检查，若坩埚内的炉渣较多就必须进行清理，否则会影响产品的成材率。同时，一个坩埚在使用40-50炉后需要换新的坩埚。装料时，也要严格按照要求来进行，先加入铁，再加钕，然后加入一些其他材料，最后再加入钕。下一步是抽真空，在溶解室真空度达10Pa以下时，进行烘料，待真空度达5Pa以下后充氩。充氩完成后进行加热，等溶解室压力计显示27000Pa后，停止送功率，对溶液进行测温，一般浇铸温度在1450±7℃，此后需再加大功率使温度高于浇铸温度，目的是为了让金属充分熔化。下一步就是进行浇铸，浇铸过程中操作人员应不停地观察，控制流速，防止过快而冲坏铜辊。产品出炉后需要对袋中充入氮气，防止产品过热氧化。

在实习过程中，也遇到了一些问题，询问了班长和其他人员才得知答案。比如说为什么熔炼中是充氩气而不是氮气？这是因为氩气是惰性气体，不会跟材料发生反应，而氮气相对较活泼，在温度较高的时候会和铁等发生反应。又比如为什么产品有些发黑或者发蓝？这原因比较多，有可能是因为炉内漏气或者材料问题等等。为什么要安装中间包？中间包起均匀、降温的作用，防止铁水直接冲到铜辊上而烧坏铜辊。中间包的材料是水晶磨来石，需要经常更换。

在熔炼过程中还需要注意一些问题。对铸片牌号必须炼一炉放一张伴同卡，当值牌号混淆。每次出炉后需将炉子周围的炉灰等杂志清理干净，并将铜辊磨成紫铜色。用钢杆清理坩埚内炉渣，不能过重敲打，且补坩埚时要用纯玻璃水拌。开启炉盖的时候需先开启主阀待溶解室压力在20000Pa以下，关掉机械泵，开启空气导入阀，使压力计在95000Pa以上，且红灯不亮，才能进行开启。

篇2：钕铁硼熔炼工艺实习报告

以往我钕铁硼企业比较重视技术进步，把性能提高看作企业发展的关键。过去由于我与国外相比性能相差太远，所以性能如何成为制约企业发展的关键。没有高的性能我就没有订单，所以过去的做法并没有错。但是今天，钕铁硼骨干企业基本在性能上都能做到N4545M42H40SH35UH32EH等，有些企业甚至可以做到N5048M45H38UH35EH等，仅从性能上讲基本与世界水准持平或略低，起码已经到中上水平。而实际上N50之类的高性能订单并不是太多，大多数订单在45M及以下的档次上因此现在关键是“性能做稳定，产品内在品质好，及时交货并且价格低”而要达到上述几点，企业内部的管理将是重要的一环。

认为中国的钕铁硼企业大致可分为三类：1民营企业、2真正合资企业、3国有及类国有企业。之所以使用“真正合资企业”说法，因为某些企业虽然名义上为合资企业，但实际管理上为激进国有企业的一套管理方法。这样的企业在钕铁硼行业中并不在少数。通过访问诸多的同行，发现民营企业的管理效率最高，而且各家都有自己的管理及产品特色。民营企业管理效率较高本来是情理之中的但如此之高仍然使我大吃一惊。仅以两个较有代表性的企业为例，年产量在500600吨之间，设备维修部仅有6个人（3个电工，3个机修）而一般国有及类国有同样规模的企业，设备维修部的人数在15~25人之间。不只是人数少，而且在设备维修效率上民营企业要远远高于国有及类国有企业。如果我用20个人干6个人同样的工作，那么竞争之中孰赢孰输显而易见。之所以能够用6个人干20个人的工作，因为以下三点：一般维修由生产班组长自己完成，设备维修部人员仅仅负责大修，设备维修费与生产部挂钩；2部件替换维修法；3空余时间设备维修部人员改造旧设备并制造新设备，同时负责新设备的装置等。第一点使操作人员更加珍惜设备，大大减少由于误操作而造成的设备损坏，减少了设备维修的次数与成本。第二点做法是把损坏部件直接换下来，装上好部件，生产继续进行，同时维修损坏部件。这样维修占用很少的生产时间，大大提高设备的利用率。完成第三点就意味着可以根据使用情况，使设备设计上得到改善，更适合于本公司的具体情况，从而减少维修。如果局部设备由自己制造，则维修人员对设备的情况极为熟悉，有利于维修。以上仅仅为一个实例，从根本上来讲关键是思想的转变和制度的革新。当然，如果让国有企业或类国有企业完全依照民营企业的一套来办，显然是幼稚的而且是行不通的不过国有企业或类国有企业完全可以参照民营

企业的一些方法进行改革，认为这不仅可能，而且一定能够胜利。记得在太原某公司的一位老总说过这样的一句话“现在以小吃大，以快吃慢”相信这并非虚言。如果许多大企业仍然是国有企业保守的一套管理办法，这种局面用不了多久就会出现。依我观点看，也想说一句话：“现在以有特色吃无特色，以高效率吃低效率，以低利息吃高成本”宁波永久磁业的特色在于高效率，较高牌号的产品等；宁波招宝磁业的特色在于产品种类，重点放在高矫顽力产品上；盂县京秀磁材有限公司的管理效率、小圆柱产品特色及低利息值得学习；太原天和高新技术有限公司的特色在于高牌号、高价钱，管理上也有许多值得借鉴之处。相信这些公司在将来的3~5年内都会有较大的发展。

实际上所有的钕铁硼企业都有许多共同之处，应该在管理上有许多通用的规则，这里我提出几点，供大家参考。

1.1生产各工序实行“联产承包制”联产承包制并非什么新的方法，实际1978年在国的农村就已经开始推广。20多年过去了事实证明这种方法在农村是胜利的而在钕铁硼行业的许多民营企业中正在胜利地推行这种方法，所以在国有或类国有企业及合资企业中，这种方法对于提高工作效率、保证生产质量、降低利息等都应该是有效的原因很简单，因为工作的业绩与收入捆绑到一起，真正体现了“多劳多得”原则。可以按熔炼、制粉（包括中碎、气流磨等）成型、烧结、质检、后加工、包装等分组承包。

1.2完善“各工序的自检与他检”如果要采取联产承包制，必需加强自检与他检，否则我会仅仅强调数量而忽视质量。每一工序必需有自检质量及数量报告同时必需得到下一工序的检认可方可进入下一工序，质检部门作为仲裁单位将在保证质量方面发挥越来越大的作用。

1.3生产设备日常维修与设备部脱钩：基本的日常设备维修应由承包人自己完成。如果承包人没有能力完成，应该采取与维修工联合承包的方式或日常维修人员一定要隶属于生产车间，并且不是全职维修工。较大公司的设备部应有2~3名专职人员，配合研发与生产负责设备改造、大修、装置并调试新设备、制造新设备等工作。

强调管理的重要是因为如果管理跟不上，即使再好的技术和产品性能仍然不能保证我激烈的市场竞争中取胜。可以说今天已经到要强调管理的时候了但这并不意味我技术已经达到完美，技术方面我仍然有许多工作要做。2技术发展方向

对于钕铁硼的认识，单单从知识角度讲，中国人比日本人、美国人、欧洲人等都不差，实际上所谓的技术进步在今天来讲至少有90%设备的进步。从下面的论述中我会看到有许多工作要做。2.1 熔炼 2.1.1

带铸工艺又称速凝薄片工艺。这种工艺最早由日本的饿三德金属（仅提供速凝薄带，不生产磁体）与住友金属采用并获得专利权。带铸工艺的特点在于有效地消除了α-Fe富钕相分布均匀并使晶粒得到细化，容易得到高剩磁及高矫顽力的产品。中国的钕铁硼磁体厂家在1997年前后开始知道此信息并展开研究工作。经过5年多的努力，中国的设备厂家已经在这方面取得了长足的进步。现在不只有25kg甩带炉，而且50kg和100kg甩带炉都已经市场化。但是就带子的一致性上来讲，与三德金属相比还有相当的差异，自由面凹凸不平的现象很严重。刚开始时的主要问题是带子厚度问题，那时将带子厚度甩到大于0.2mm很困难，存在大量的非晶，很难用于烧结钕铁硼。现在几个主要厂家的带子厚度都能够做到0.3mm以上，有的甚至可到0.5mm除了带子一致性不好外，粘连问题亦是一个影响质量的重要问题。图1给出某厂家的产品（有粘连现象）横截面金相）可见大量的α-Fe析出；图2另一厂家的带子的金相，带子厚度在0.3~0.5mm柱状晶晶粒宽大，大部分柱状晶宽度在15~30μm之间，无α-Fe析出；但富钕相分布不太均匀。图3为日本三德金属的速凝薄带，大部分柱状晶宽度在3μ左右，无α-Fe析出，富钕相分布均匀。由三张金相照片可以清楚地看到目前的差异。如果对我国目前的甩带情况下一个结论，则是可用，但不太令人满意。认为除了要解决均匀性、一致性的问题以外，同时亦要解决产量与效率的问题。未来3~5年内，设备厂家应该能够提供500~1000kg甩带炉。现在甩带炉的高度不够，至少要在10~15m高才干够有足够的空间和薄带冷却时间。如果速凝薄带合格，则带铸工艺应该说是最简单的工艺之一（配方单一，中碎及气流磨效率高，其余与激进工艺无明显区别）因此在中国推广的可能性也最大。2.1.2.双合金工艺或类双合金工艺

除了速凝薄带的工作以外，国大多数厂家的精力放在降低铸锭厚度，提高冷却效率上。降低铸锭厚度方面已经能够广泛采用双面水冷厚10mm铸锭的工艺，也有采用100kg转盘式单面冷浇注（厚15mm左右）工艺的厂家。有的厂家采用了盐水冷冻液冷却熔炼炉锭模的方法。所有这些方法对我提高磁体性能都做出了积极的贡献。但是也应该看到这种思路几乎已经没有太大的发展空间（浇口不可能更窄，锭模不可能更大；转盘式铸锭厚薄不匀，外表难以打磨）需要换一下思路。双合金法应该是一条可行之路。非常遗憾的过去的若干年里中国的钕铁硼厂家大多数没有对双合金法给予足够重视。双合金法并不是什么玩意，早就有所知，而且其优点也是显而易见的如果采用双合金法我将不需要炼几十种不同配方的锭子，只要有几个主相合金和几个富钕相合金就可以得到所有性能的磁体。德国的VA C及日本的日立金属等采用这种方法得到性能优异的烧结钕铁硼磁体，而且其产品性能一点都不比住友采用带铸法的产品差。现在普遍做法是把锭子设法作薄，而双合金法并不太在意锭子的厚度，相反，由于要经过均匀化处理，所以过薄的锭子反而易造成氧化（因为锭子越薄外表积越大）认为在目前中国宜采用200~500kg熔炼炉来炼这种锭子，否则其优点（均匀性、一致性优于25kg炉，效率高等）难以显现进去。均匀化处理是双合金法的关键一步，实际上经过均匀化处理的锭子亦可以用于单合金法，这里把它叫做“类双合金法”这种方法已经被国内许多厂家用来生产高性能的产品。但是认为如果仍然用25kg熔炼炉，则这种方法的潜力未能充分发挥。总之，对于熔炼我应向两极发展：或者更薄，或者更厚。

2.1.3离心甩铸法

这种方法是将盛有合金熔液的坩锅置于旋转的金属筒中，当合金熔液倒下时，由于离心作用，熔液贴在金属筒壁上迅速冷凝。这是一种界于甩带法和激进锭模浇注法之间的一种方法，其产品厚度小于10mm性能优良，效率高，很有发展潜力。2.2中碎

2.2.1氢爆碎工艺（HD 这也不是什么新的东西，而且从确切意义上讲，不应该单独被称为一种工艺，只不过是生产中的一步。即可以用于甩带料，亦可以用于普通铸锭，同时也可以用双合金法。对于其工艺我都已比较熟悉，主要是由于设备的原因，将HD法用于批量生产推迟了至少3年。现在氢爆设备的国产化的雏形已经完成，预计在最近三年内至少有一半的中国烧结钕铁硼生产将利用HD工艺。可喜的据我所知，目前至少已经有三家企业将HD用于批量生产。通过采用HD可以提高气流磨效率（50~80kg/h改善磁体微结构，大大提高抗蚀能力（例如我某产品在PCT实验箱中120℃，０.2MPa168h后失重仅8mg/cm2图4为HD工艺所得产品的金相照片，晶粒大小在10μm左右。2.2.2改进后的类锤磨设备

现在大多数公司已经采用两步中碎法，即鳄破或粗锤破+锤磨。这样就甩掉了对辊、带筛球磨、锥磨等设备，节省了时间提高了效率。一般一台设备每小时能够处置200kg左右的锭子，粗粉粒度可到50~100目之间。这种设备的效率是提高了但存在如下两个问题：一是粒度分布太宽，细粉太多；二是故障率太高。第一个问题在两种设备中都存在第二个问题主要存在锤磨中。磨腔中卡机的问题时常发生，而且维修起来需要拆掉整个磨室，很不方便。未来的两年内应该能够解决这些问题。2.3气流磨

国的气流磨基本上都是模仿德国细川阿尔派的设计。虽然有些厂家自认为对气流磨做了改进，而且在自造气流磨，但大多数改进是毫无理论依据，而且效果也并不好。当然也不排除局部厂家在此方面已经取得了胜利。认为我国气流磨目前存在问题有三点：1超细粉太多，粒度分布太宽；2管壁粘料现象严重；3出料速度慢。如果超细粉多，则磁粉易着火；如果管壁粘料严重，则易出现大颗粒；出料速度应达到60~80kg/h才有可能降低稀土总量并防止氧化。解决这几个问题的方法在某些厂家已经找到估计用3年左右的时间会在全国推行。2.4成型

2.4.1半自动压机成型与手捧模成型并重

考察中发现宁波地区半自动压机成型远远多于太原地区，太原地区基本上都是手捧模（手动模、手扒模）成型。当然，这与生产规模有关,生产规模越大，订单越大，越有利于使用半自动压机。这里所发现的问题是有些相当规模的企业居然没有半自动压机，而有些较大的企业基本上已经抛弃了手捧模。希望看到局面是两者偏重。半自动压机效率高，但产品易开裂，模具制作利息高、时间长手捧模模具制作容易，对于压φ3~φ10mm柱子及异型产品（如圆环、圆筒等）有独到之处。2.4.2平行压压机

实际上钕铁硼刚开始生产时使用的平行压压机，而后来在中国基本上都改为垂直压。平行压产品Br低，由平行压改为垂直压毫无疑问是一种进步。一般情况下，同样的料采用垂直压剩磁要增大0.03~0.05T300~500G磁能积增大24~40kJ/m33~5MGOe但是现在情况不同了很容易就可以把剩磁做到1.35T左右，而且在许多情况下我并不需要如此高的剩磁。考虑到平行压在柱形（外圆很圆，磨削量小）及异型（例VCM产品时的优势，预测在近几年内平行压压机将有一个的大发展。2.4.3径向定向压制

目前的垂直压压机很适合径向取向的圆柱或圆环产品对于大尺寸产品当然没有问题；但对于小尺寸产品如果不采用多穴模具则效率太低。模具制造自身不是什么问题，问题是如何往多个平行的穴中均匀填料。一种解决办法是采用手捧模，这仅仅能够局部解决问题；另一种是采用全自动喂料系统。2.4.4多极定向压机

多极定向产品的应用越来越多，所以在未来的几年中，多极定向压机将有一定的问题。2.4.5单片压

中国钕铁硼企业基本上都是先得到烧结毛坯，然后切片或线割到废品，而在国外单片已经是很成熟的工艺了例如VCM磁体可用单片压，仅需磨上下两面即可，节省资料、效率高、利息低。一般单片压都是平行压并采取单向压机及自动喂料。待平行压过关后，估计单片压很快会成为现实。2.4.6注射成型

注射成型原本是制作粘结磁体的一种常规方法，现在被移植到烧结磁体中，有人称之为“一次成型无需后加工的近净尺寸烧结磁体”工艺路线如下：磁粉+粘结剂并混合→磁场中）注射成型→脱粘结剂→烧结+时效。优点是无需后加工，而且对复杂形状的产品尤其有优势。关于这项工作，中国目前的研究主要在高校，用于生产至少要4~5年的时间。

2.4.7橡胶模等静压技术（RIP RIPRubberIsostatPress早在五六年前就已经出现，但实事求是地讲，当时的设备只不过是一种概念性的实验设备而已。基本方法如下：磁粉装入橡胶模→脉冲磁场定向→准等静压压制→取出压制毛坯。过去的几年中，认识上有了进步，同时设备上亦有了改进。现在已经能够用这种方法批量生产钕铁硼永磁体，一台压机每天可压200~300kg磁粉。由于采用高的脉冲定向磁场，所以磁粉的取向度高，一般情况下剩磁可较模压提高0.03~0.04T300~400G目前国内已经有厂家可以提供这种压机，但非全自动，而是手动。从运行的情况看，手动压机并不比全自动的压机效率低。日本的RIP压机价格太高，最近几年内不可能在中国大多数企业中推广，但国产手动RIP压机有可能得到推广。2.4.8自动喂料系统

国目前还没有全自动压机，主要问题就是没有自动喂料系统。如果没有自动喂料系统，则平行压中的多穴圆柱、垂直压中的多穴径向定向及单片压等都非常困难。与自动喂料系统相配套的自动移取压制毛坯与码盘技术，最好两种技术同时采用。过去遇到主要困难是磁粉流动性差，所以很难用容积法自动喂料。而今天大多数厂家已经采用润滑剂技术，磁粉的流动性已得到明显改善，使用自动喂料的时机已经幼稚。另外，对减重法的认识也已今非昔比，所以自动喂料的全自动压机应该在最近的2~3年内呈现。2.5烧结

2.5.1三点控温烧结炉

大约十多年以前我进口ABA R和VES烧结炉，然后许多厂家仿造了这两种炉子。当时的这两种炉子仅仅是一般的热处理炉，并非为钕铁硼专造。最大缺点是一点控温，所以烧结炉内炉温的均匀性很难调节。经过十多年的发展，中国的烧结炉制造厂家已经完全掌握了专门用于烧结钕铁硼的烧结炉制造技术，而且现在都是三点控温。可以肯定地说，国自己制造的烧结炉与国外的已无甚差距，而且由于专门针对钕铁硼厂家仍然在使用过去一点控温的烧结炉，预计在最近3年内一点控温的烧结炉大部分将被淘汰，取而代之的将是三点控温的烧结炉。2.5.2分压烧结炉

现在基本都是使用真空烧结炉，烧结过程在真空中进行。国外许多厂家采用分压烧结，也就是说在烧结过程中充入少量氩气，但仍保持负压。从理论上讲，由于分压烧结的热传导优于真空烧结，所以烧结时的温度一致性好，而且可以节省烧结时间。这种新型烧结炉已经出现，底效果如何经过至少两年的考验。2.5.3连续烧结炉

住友等国外大公司都是采用多室连续烧结炉，优点在于炉温均匀性、一致性好，节省能源，效率高。过去我国有些厂家曾经尝试过制造这种多室连续烧

结炉，但以失败而告终。究其原因，主要是闸板阀不过关，烧结炉漏气，产品被氧化。现在已有厂家准备生产3室或5室烧结炉。认为至少要采用7室炉。烧结过程将包括下列各室：1预备室；2200~300℃脱添加剂室；3850℃左右放气室；4烧结室15烧结室26烧结室37气淬，进一步冷却并出炉室。烧结需要三室是因为整个工艺为连续运行，需要每一步有大致相同的时间。如果加上时效，则需要另加2~4室，共9~11室。2.5.4微波烧结炉

已经有一些研究单位开始研究将微波烧结用于钕铁硼生产。从原理上讲，微波烧结有利于炉心磁体与炉边磁体温度的一致性，同时大大缩短烧结时间，节约能源。目前得到信息是烧结时间可以缩短到1h但是这种烧结炉基本上还处于研究阶段，广泛推广至少要4~5年时间。一旦胜利，这将是一种革命性的革新。2.6后加工 2.6.1切片粘结剂

目前所用的切片粘结剂不是502就是火漆。这两种粘结剂在切完片后，都需要碱水或洗衣粉水煮。煮的过程中经常造成磁体外表不同水平的侵蚀及磁体能受影响。现在需要一种粘结剂，不溶于切割时的冷却油，但溶于水或其它有机溶剂或略加热就可去掉。如果能够研制出这种粘结剂，预计将会有很大的市场。2.6.2双面磨床

一般使用无心磨磨外圆，使用立磨磨平面。毫无疑问，无心磨磨外圆很成功，但用立磨磨平面时用电磁铁固定工件，这就造成磁体磨完平面后带弱磁，需要退磁后才能电镀。退磁既浪费能源又有可能使磁性能受到影响，所以必需抛弃这种磨平面的方式。国外一般磨平面采用双面磨，或水平双面磨或立式双面磨。不论水平双面磨还是立式双面磨，基本原理都一样：用卡具卡住工件，然后用对称的两个金刚砂轮同时磨上下或左右两个平面。国已经出现类似的双面磨，主要用于磨切片后的产品。这种双面磨无须卡具（但有导轨）效率很高，适合于小产品。对于50.850.525.4mm之类的大块，无卡具双面磨目前也已见到应用，但在磨第五、六面时出现垂直度问题，所以无卡具双面磨不太适合于大块产品。已看到广告声称能够生产用于磨大块的双面磨，估计推广开来尚需时日。2.6.3电镀

经过十几年的发展，国的钕铁硼电镀有了很大的进步。现在不只可以电镀 NiCuZnAu而且可以电镀Ni-Cu-Ni彩ZnSn等。但是电镀问题仍然屡见不鲜，由于电镀而造成的退货时有发生。根本原因在于我没有解脱溶液镀的老路。现在世界上有三种无液镀值得钕铁硼厂家考虑，基本上都属于气相淀积涂敷。1气相淀积镀铝：日本技术已很成熟，住友许多产品采用此种镀法；国内南开大学化学系的张守民博士进行过这方面的研究工作。2派瑞林（对二甲基苯Parylen淀积涂敷：派瑞林为对二甲基苯的聚合物，原料为二聚对二甲基苯。派瑞林真空气相淀

积可精确控制涂层厚度，对磁体自身无任何影响（电镀层对磁体磁性略有影响）无挂点（相对电泳涂敷而言）不怕磁体气孔、砂眼，具有极好的抗盐雾能力。根据我经验，派瑞林镀层抗PCT能力较差。目前上海三吉特殊涂敷科技有限公司及日本岸本贸易两家在试图做这方面的工作。认为他主要目的推销原材料，关于将派瑞林真正用于钕铁硼产品涂敷的工作做得不够。3气相淀积镀锌：A将钕铁硼磁体、金刚砂、锌粒（100目）及锌粉（6~8μm混合并装入反应器中。B.将反应器抽真空到133Pa.C.加热到390℃（锌的熔点）左右。D.根据希望的厚度保温若干小时。堆积镀中无需翻动磁体。文中报道其抗蚀能力高于电镀Ni电镀Zn及气相沉积镀铝。3市场方向

中国钕铁硼磁体市场的结构近几年发生了很大的变化，1995年以前主要是低档磁体，用于扬声器、磁分离器、磁耦合器和各类磁化器等。估计在未来的3~5年内中国的烧结钕铁硼将大规模进入VCM汽车电机、MRI等高档磁体应用的市场。期待着中国烧结钕铁硼一个灿烂的明天。带铸工艺

此文从朋友处转来，虽然文中有些问题或者说有些工艺技术目前已在使用或已得到改善，但此文中提到有此问题或技术目前仍然没有解决，有些设备仍然没有得到改进，有些后道加工（特别是电镀工艺仍然是空缺，溶液镀占主流）因此转载保管。

提高稀土行业集中度大力发展应用产业

中国政府网19日公布的国务院关于促进稀土行业继续健康发展的若干意见》指出，采取有效措施，切实加强稀土行业管理。用1-2年时间，建立起规范有序的稀土资源开发、冶炼分离和市场流通秩序，基本形成以大型企业为主导的稀土行业格局。

意见指出，坚持控制总量和优化存量，加快实施大企业大集团战略，积极推进技术创新，提升开采、冶炼和应用技术水平，淘汰落后产能，进一步提高稀土行业集中度。

意见强调，用1-2年时间，建立起规范有序的稀土资源开发、冶炼分离和市场流通秩序，资源无序开采、生态环境恶化、生产盲目扩张和入口走私猖狂的状况得到有效遏制；基本形成以大型企业为主导的稀土行业格局，南方离子型稀土行业排名前三位的企业集团产业集中度达到80%以上；新产品开发和新技术推广应用步伐加快，稀土新资料对下游产业的支撑和保证作用得到明显发挥；初步建立统一、规范、高效的稀土行业管理体系，有关政策和法律法规进一步完善。再用3年左右时间，进一步完善体制机制，形成合理开发、有序生产、高效利用、技术先进、集约发展的稀土行业继续健康发展格局。

意见明确，严格稀土行业准入管理。进一步提高稀土入口企业资质规范。依照限制“两高一资”产品入口的有关政策，严格控制稀土开采和生产总量的同时，严格控制稀土金属、氧化物、盐类和稀土铁合金等初级产品入口有关开采、生产、消费及出口的限制措施应同步实施。大幅提高稀土资源税征收规范，抑制资源开

采暴利。改革稀土产品价格形成机制。严格稀土矿业权管理，原则上继续暂停受理新的稀土勘查、开采登记申请，禁止现有开采矿山扩大产能。严格控制稀土冶炼分离总量。十二五”期间，除国家批准的兼并重组、优化布局项目外，停止核准新建稀土冶炼分离项目，禁止现有稀土冶炼分离项目扩大生产规模。加快稀土行业整合，调整优化产业结构。积极推进稀土行业兼并重组。支持大企业以资本为纽带，通过联合、兼并、重组等方式，大力推进资源整合，大幅度减少稀土开采和冶炼分离企业数量。工业和信息化部要会同有关部门尽快制定推进稀土行业兼并重组的实施方案。

加强稀土资源储藏，加快发展稀土应用产业。建立稀土战略贮藏体系。统筹规划南方离子型稀土和南方轻稀土资源的开采，划定一批国家规划矿区作为战略资源贮藏地。

篇3：钕铁硼熔炼工艺实习报告

钕铁硼(NdFeB)永磁材料是20世纪80年代发展起来的体积小、质量轻和磁学性能优异的稀土永磁材料,被广泛应用于电子信息、冶金工业、通信产业、医学等领域。现代科学技术与信息产业正向集成化、轻量化、智能化方向发展,新能源和节能环保等行业对稀土永磁材料的性能需求越来越高,如变频空调压缩机、工业节能电机和新能源汽车驱动电机用磁钢必须具备高矫顽力、高磁能积、高一致性、高耐腐蚀性等特性,这对传统磁钢制造行业是个巨大的挑战,同时,对钕铁硼永磁材料的耐腐蚀性能提出了更高的要求。

目前,提高NbFeB永磁材料耐腐蚀性能的方法有添加合金元素和外加防护性镀层[1-3],但主要以添加防护性镀层(金属镀层、有机物镀层和复合镀层)为主。防护性镀层可以阻碍腐蚀相与基体之间的相互接触从而减缓磁体的腐蚀。添加镀层的方法有电镀[4]、化学镀[5]、物理气相沉积[6]等。电镀防护技术因其技术门槛低、工艺成熟、价格低廉而被广泛应用于NdFeB永磁材料的防护。NdFeB永磁材料主要是采用粉末冶金工艺烧结而成,表面疏松多孔,在电镀或化学镀的过程中,酸性或碱性的电解质水溶液会不可避免地残留在NdFeB基体的孔隙中,严重影响防护镀层的质量,使NdFeB基体达不到预期的使用寿命,并且电镀和化学镀废液的排放还会污染环境。因此,近年来,国内外研究人员一直致力于开发取代电镀的表面防护技术的研究,物理气相沉积(PVD)技术作为一种环境友好技术,具有很多其他技术所不具备的特点,通过控制其工艺参数可以得到晶粒细小、厚度均匀、膜基结合力优异的镀层;同时由于PVD是一种干法镀技术,可以避免湿法镀时酸性或碱性电解质溶液残留在磁体孔隙内和电镀过程中磁体吸氢而导致镀层脆裂的缺点。然而,Nd-FeB永磁材料PVD表面处理受批量生产成本和某些因素的限制,现在并没有大规模生产应用。

本文概述了国内外应用于NdFeB永磁材料的各种PVD技术,阐述了这些技术的基本原理、特点及研究现状;笔者还总结了应用于NdFeB永磁材料的物理气相沉积的相关前处理和后处理工艺,同时进行了相应的分析,以期对相关工作者提供一定的借鉴。

1 PVD防护技术

NdFeB永磁材料一般在一定温度和介质条件下工作,要求在长期工作过程中保持其外形尺寸的完整性和磁学性能的稳定性。当NdFeB材料发生腐蚀时,表面局部区域将产生成分和结构的破坏,使磁学性能下降,从而影响其实际应用,采用PVD技术在NdFeB表面沉积防护涂层能有效解决这一问题。PVD技术制备的镀层的稳定性好、膜基结合力高、致密度高,在冷热交变环境下的防腐能力较强;另外,在PVD施镀过程中,镀层厚度受磁体工件边角的影响远低于电镀和化学镀,且制备过程不存在污染问题。再者,PVD技术可以获得的镀层种类很多(如Al、Ti/Al、Al/Al2O3、TiN等),是一种很有应用前景的NdFeB表面防护技术[7]。目前,国内外NdFeB永磁材料表面处理常用的PVD技术主要有蒸发镀、磁控溅射镀和离子镀等。下面从基本原理、国内外研究现状方面对这3种技术进行概述。

1.1 蒸发镀

蒸发镀(Vapor deposition)技术是先将工件放入真空室,采用一定的方法加热,然后使镀膜材料(如金属铝、锌)蒸发或升华,飞至工件表面凝聚成膜[8]。该技术具有设备简单、工艺易控制的优点,但是一般热蒸发获得的膜层比较粗糙,膜层的附着强度差,并且很容易形成粗大的柱状晶结构,腐蚀液容易穿过膜层,进而腐蚀NdFeB基体材料。目前,采用蒸发镀技术对NdFeB永磁材料进行表面防护处理的报道较少,国外有少量的关于离子辅助蒸发沉积(Ion vapor deposi-tion,IVD)技术制备铝膜的报道[9]。IVD技术是指在蒸发源上方的工件上加负偏压,在工件周围产生辉光放电,在蒸发镀膜过程中,被蒸发的金属蒸气原子通过辉光区时,部分金属原子被电离成为金属离子,加速的金属离子或原子运动至工件表面成膜。该技术所制备的金属涂层具有致密性好、与基体的结合程度高、沉积速率快等优点,因此,该技术可应用于NdFeB永磁材料的腐蚀防护。

1.2 磁控溅射技术

磁控溅射(Magnetron sputtering)技术是辉光放电产生的氩离子将靶材原子溅射下来后,在工件上沉积成膜的技术[8]。磁控溅射镀膜具有沉积温度低、膜层成分均匀可控、不改变基材表面的光洁度、与基体附着性好的特点,可应用于NdFeB永磁材料的表面防护。

Mao S D等[10，11]采用直流磁控溅射技术在NdFeB上沉积Al膜,得到呈柱状晶结构的Al薄膜,如图1(a)所示。研究表明,磁控溅射镀铝提高了磁体的耐腐蚀性能;由于镀铝层柱状晶间的微孔贯穿薄膜,因此带有Al防护镀层的Nd-FeB材料腐蚀时,腐蚀液会通过这些微孔到达基体。Mao SD等[12]又采用了离子束辅助磁控溅射(Ion-beam-assisteddeposition,IBAD)的方法在NdFeB表面制备了Al膜,见图1(b),可以看出柱状晶结构消失,膜层更加均匀和致密,结果表明,经240h中性盐雾试验后,磁控溅射的纯Al薄膜表面出现大面积的红锈,但IBAD制备的Al膜表面只有少量的红锈,其耐蚀性能明显提高,这主要是由于IBAD-Al膜层中存在更多致密的氧化膜。Mao S D等[13，14]也采用等离子体辅助磁控溅射法制备了Al/Al2O3多层膜。

李金龙等[15，16]采用直流磁控溅射技术在NdFeB表面沉积AlN/Al多层膜,研究表明,氮氩分压为1∶1 时,NdFeB表面所沉积的AlN/Al薄膜更致密,膜层的耐腐蚀性能最好;AlN/Al多层膜的耐盐雾腐蚀性能明显优于单层Al薄膜,该膜层不仅不会破坏NbFeB的磁性能,还会使其磁性能略微增加。谢婷婷等[17]在烧结NdFeB磁体表面沉积Ti/Al多层膜。研究表明,Ti/Al多层膜具有比单一的Al薄膜更致密的表面,Ti层打断了Al层的柱状晶结构生长;其自腐蚀电流比纯Al薄膜小近2个数量级,具有更高的抗快速且破坏性强的腐蚀性能。

1.3 离子镀

离子镀(Ion plating)技术是在真空蒸发镀的基础上,加上等离子体的活化作用,在惰性气体的辉光放电中将膜材的蒸气离子化,再对基底进行轰击和镀膜[8]。离子镀把辉光放电、等离子体技术与真空蒸发镀膜技术结合在一起,除了兼有真空蒸镀和真空溅射的优点外,还具有沉积速度快、膜层附着力强、绕射性好、可镀材料广泛等优点。

在日本,离子镀铝技术已广泛应用于SPM (表面磁体型)、IPM(内部磁铁型)电机和电动车的NdFeB材料中[18]。我国在20世纪90年代开始报道用离子镀的方法在NdFeB表面制备Al膜。谢发勤等[19]利用离子镀技术在永磁材料上镀厚8.5μm的铝膜,发现矫顽力提高了5%,剩磁和最大磁能积分别变化了21.8%、2.1%,并且膜层与永磁材料基体之间具有良好的结合强度,这是由于高能离子和原子对磁体表面的轰击作用,造成了一定程度的离子注入所致;经过盐雾试验发现,镀8.5μm Al层的永磁材料的耐盐雾时间达到168h。A Ali等[20]采用阴极电弧离子镀技术在NdFeB表面制备了TiN陶瓷涂层,该涂层能提高NdFeB的耐腐蚀性能且不会影响磁体本身的磁学性能。杜军等[21]采用电弧离子镀法在NdFeB磁体表面制备了ZrN/TiN涂层,截面形貌表明涂层较为致密,具有明显的多层结构,在涂层与基体之间存在明显的过渡层,这有利于涂层与基体之间结合力的提高。研究表明,所制备的ZrN/TiN涂层不仅可以使NdFeB磁体的腐蚀速率降低2个数量级,而且提高了磁体的耐磨损性能。在口腔医学领域,NdFeB永磁材料因具有高矫顽力、高剩磁、高磁能积,被用于人体磁力正畸治疗,但其耐腐蚀性差,不能在口腔环境中长期使用,限制了它的应用。采用离子镀的工艺在NdFeB永磁材料表面沉积TiN涂层能提高NdFeB永磁材料在口腔环境中的耐腐蚀性能,同时TiN镀层还具有很高的细胞相容性和生物力学性能[22，23]。

2 前处理工艺

NdFeB永磁材料表面有大量疏松孔隙,受机械加工等前期工艺的影响,表面还会残留油污、粉尘等物质,给PVD表面处理带来困难。常规的PVD前处理工艺并不完全适合NdFeB的表面清洁。这是由于在使用金属清洗剂等电解质水溶液清洗磁体表面污垢的过程中,如果孔隙中残留这些处理液,会引起镀层结合力差,镀层易剥落的问题。再者,Nd-FeB永磁材料的晶界处富Nd相,如果前处理工艺不当,也易产生晶间腐蚀,将会严重缩短磁体的使用寿命。因此,前处理工艺是提高镀层结合力和耐腐蚀性的关键。

目前,针对适合NdFeB永磁材料的镀前处理的研究比较多,大部分以电镀和化学镀为主,笔者认为,这是由于NdFeB PVD表面处理暂时处于起步阶段,相关的PVD前处理工艺研究也比较少。但是电镀和化学镀的前处理工艺比较多,一些好的电镀和化学镀的前处理工艺可以借鉴到Nd-FeB PVD的前处理中来。常见的NdFeB永磁材料镀前处理工艺有砂纸打磨、抛光、除油、除锈、封孔、活化等。

砂纸打磨和抛光处理是常规的镀前处理手段,适合处理小批量形状规则的NdFeB材料,并不适合批量化的NdFeB材料的前处理。封孔是将封孔剂浸入工件微孔中然后固化成固体,使孔封闭的方法。封孔可以有效地防止NdFeB基体在除油和除锈的过程中酸、碱液渗入NdFeB材料的孔隙内,避免磁体由处理液引起的由内向外腐蚀。目前封孔的方法主要有:(1)浸硬脂酸锌,将硬脂酸锌加热至熔融状态后,再将试样放入其中,20min后取出冷却,硬脂酸锌在磁体孔隙中凝固封孔;(2)沸水封孔,将NdFeB试样放入煮沸的去离子水中煮3~5min,通过毛细管作用将水吸入磁体内部孔隙中,孔隙内部的氧化物通过水合作用生成水合氧化物,这些氧化物的体积增大进而封闭孔隙[24];(3)将试样浸入封孔剂再放入真空釜中,在真空中维持10~15min,取出后将试样在一定温度下淋洗并在固化介质中固化。王昕等[24]研究电镀锌时发现封孔可以显著提高膜基结合力及磁体的耐腐蚀性能。肖祥定等[25]通过试验对比了有机浸渗快速固化剂和无机水玻璃封孔剂的磁体封孔效果对磁体耐蚀性能的影响,确定了快速固化型有机浸渗剂是合适的NdFeB封孔剂。NdFeB磁体如进行封孔处理后必须进行干燥处理,以减少溶液的残留。对NdFeB基体封孔干燥处理后再进行PVD防护涂层处理,这种方法是行之有效的。

NdFeB永磁材料在除油、除锈等前处理的过程中,应该尽量避免高浓度酸性或碱性的清洗剂对其腐蚀。周琦等[26]研究表明,Cl-与NdFeB永磁材料中的钕反应强烈,故在酸洗除锈的过程中禁忌使用盐酸;同时在除锈和除油的溶液中加入具有络合能力的物质和缓蚀剂可防止钕的氧化和基体的过腐蚀。饶厚曾等[27]在NdFeB镀镍处理前,研究了不同的除油工艺,结果表明,先采用Na3PO4和Na2CO3溶液化学除油,然后再进行电解除油效果最佳,而单独使用金属清洁剂除油效果最差。NdFeB中Nd是一种极活泼的金属,若进行阳极除油,基体表面易氧化和溶解,造成过腐蚀,因此,在除油过程中,最好采取阴极除油。Jing Chen等[28]在NdFeB表面电沉积Al-Mn镀层时,采用阳极电解浸蚀去除磁体表面的氧化膜,这种方法不仅能有效地除去磁体表面的氧化皮,而且可以很大程度地提高镀层和基体之间的结合力。另外,超声波辅助清洗对于NdFeB的镀前处理有良好的效果[29]。李晓东[30]研究了磁性材料的清洗工艺,认为采用高频和低频超声波清洗相结合的方法可以显著提高清洗工件的清洁度。

干法喷砂是一种有效去除工作表面的锈蚀产物、氧化皮的方法,其除锈效率高、机械程度高、除锈质量好,很适合应用于NdFeB这类粉末冶金材料的表面除锈。喷砂处理后的基体表面有一定表面粗糙度,这有利于提高薄膜与基体之间的结合力。韩文生等[31]研究了NdFeB表面不同的镀前处理工艺,并用烘烤除油和干法喷砂的方法替代传统的碱洗除油和酸洗除锈,研究表明,这种无水镀前预处理可以提高镀层与基体之间的结合力并获得结晶细小、平滑致密的镀层。值得注意的是,由于NdFeB永磁材料含有活泼的稀土钕元素,喷砂后在空气中很快形成一层氧化膜,经干燥处理后氧化进一步加剧,如果不去除这层氧化膜,就会影响镀层的质量,造成基体和镀层之间的不良结合,笔者认为,在PVD镀膜时,可以采用炉内高能离子轰击的方法去除NdFeB表面的氧化物。

3 后处理工艺

NdFeB永磁材料经PVD表面涂覆防护涂层后,采取有效的后处理工艺能进一步提高涂层的防腐蚀性能,进而满足NdFeB永磁材料在高温、强腐蚀性的恶劣环境的服役要求,延长其工作寿命。常见的镀后处理有喷丸处理、真空热处理、化学转化等。

汤智慧等[32]研究了喷丸后处理对离子镀铝涂层微观形貌和耐腐蚀性能的影响,研究表明,通过喷丸可有效减小镀层孔隙率,提高镀层的致密度,从而提高镀层的耐腐蚀性能。孙宝玉等[33]采用直流磁控溅射工艺在NdFeB磁体表面镀铝后,对镀Al薄膜的磁体进行真空热处理。结果表明,NdFeB永磁材料镀Al薄膜经过650 ℃、10min热处理后,Al膜层与NdFeB基体在界面处产生冶金结合,提高了膜层的附着力,保持了镀层的完整性,使NdFeB永磁材料的耐腐蚀性进一步提高。孙宝玉等[34]在烧结NdFeB磁体表面制备DyAl合金薄膜后,对镀膜样品进行真空扩散渗及时效处理,研究表明,Dy和Al元素扩散进入表层基体中,磁体的内禀矫顽力Hcj、耐热性和耐蚀性都提高。谢发勤等[19]对NdFeB永磁材料离子镀铝,铬酸盐化学转化处理,使磁体的耐盐雾腐蚀性能再提高1倍。

4 结语

提高NdFeB永磁材料的耐腐蚀性能是一项系统的工程,需要从镀前处理、施镀过程和镀后处理等多个方面来综合研究。虽然PVD技术是一种很有前景的应用于NdFeB的表面防护技术,但在以下几个方面还有待进一步改进。

(1)采用单一膜层并不能很好地解决NdFeB永磁材料耐蚀性差的问题,应开发出多技术复合的制备方法来获得多元多层膜。值得注意的是,所制备的多元多层膜在提高NdFeB永磁材料的耐腐蚀性能的同时不能损坏NdFeB基体的磁性能。

(2)由于磁体防护要求对NdFeB工件的各面均采用同等的镀层,因此,PVD制备防护涂层时,应解决NdFeB磁体的三维转动,保证成膜质量的一致性。

(3)PVD制备防护涂层时宜采用滚镀方式,针对不同形状的NdFeB产品设计不同的滚桶结构,尽可能提高装炉数量,这有利于降低PVD技术规模化生产的成本,提高其市场竞争力,从而代替现有的对环境和资源负荷较大的电镀和化学镀技术。

篇4：铸造铝合金熔炼工艺研究

摘要：随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。本文对铸造铝合金熔炼工艺进行分析研究，预期到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而提高铸件强度。

关键词：变质处理；变质剂及用量；铝合金强度

0 引言

随着国网的发展，金具行业竞争日趋激烈。为了降低成本，增加市场竞争力，各个公司都从减少材料，增加产品强度、质量上着手。

对于铸铝产品，从原材料熔炼及变质处理进行分析研究，预期想到达通过变质处理，细化晶粒，使铸件内部组织细化，从而达到提高铸件强度的目的。

1 变质处理的含义

在Al-Si合金中，通过加入适量的变质剂，使铝液金相组织发生改变，形成细小的共晶体。增强合金的机械性能及伸长率。

2 变质处理必要性

Al-Si合金中的共晶Si，特别是粗大的多角形板状初晶Si，严重地割裂了Al基体，在Si相的尖端和棱角处引起应力集中，使机械性能特别是伸长率显著降低，切削加工性能也不好。因此，当含Si量高于6%～8%，必须进行变质处理。

3 變质剂分类

近年来，国内外都在探求Al-Si合金新的变质剂和变质方法，据报道，下列元素对共晶体（ā+Si）均可起到不同程度的变质作用，如Na（纳）、Sr（锶）、Y（钇）、Bi（铋）、Sb（锑）、S（硫）等。

4 变质剂的选用

4.1 钠盐变质法：钠盐变质法的成本低，制备也比较简单，适合批量小、要求不很高的产品，其缺点是：钠是化学活泼性元素，在变质处理中氧化、烧损激烈、冒白色烟雾，对人体和环境都有危害，操作也不太安全，特别是易使坩埚腐蚀损坏，它的充分变质有效时间短，一般不超过1h。钠还使Al-Mg系合金的粘性增加，恶化铸造性能，当钠量多时，还会使合金的晶粒催化，所以一般都不用钠盐变质剂来进行变质处理，以免出现所谓“钠脆”现象。

4.2 铝锶中间合金变质法：这是国外使用的较多的一种长效变质方法。加入量为炉料总重量的0.04%-0.05%的Sr。其优点是变质效果比钠盐好，氧化烧损也比钠盐小，有效变质持续时间长，对坩埚的腐蚀性也比钠盐小，因而可使坩埚的使用寿命延长。这种变质法操作也比使用钠盐安全卫生，不产生对人体和环境有害的气体，变质效果也比钠盐好，一般有80%-90%的良好变质合格率。其缺点是：成本比钠盐高，要预先配制成中间合金。

通过对多种变质剂分析，最后确定选用最适合公司生产使用的Sr（锶）作为变质剂。

5 Sr变质的加入量与熔炼方式

通过不断的实验检测分析，在共晶体和共晶成分的Al-Si合金中加入0.02%～0.06%Sr时，合金能有效地变质，且锶的变质有效时间为6～7小时。但重熔时，不易用氯盐进行精炼，且熔炼超过6～7小时后，必须另加Sr进行重新变质。

Sr含量对合金性能的影响：下图为ZL102合金的实际含Sr量和机械性能的关系，由图可见，含Sr量0.02%～0.06%时，抗拉强度和塑性达到最大值，随后性能下降。因为Sr含量超过0.06%后，出现新的脆化相，使合金性能变坏。

锶变质的熔炼过程：在铝料经过熔炼、精炼、除气、扒渣后，锶以Al-Sr合金加入铝液中，进行搅拌熔炼。待5～10分钟后，即可进行炉前检验，判断变质效果。

6 实验结果

下表为未经Sr变质和经过Sr变质的产品拉力实验结果；

[产品

名称

悬垂线夹主体

悬垂铝套壳][产品

型号