瞄準科技前沿 助力稀土永磁材料發展
—— 記南昌航空大學金屬材料工程專業羅軍明教授

◎ 本刊記者 翟萬江

用于新能源汽車、風力發電、工業機器人、軌道交通和航空航天部件等電機磁鋼一般要求高剩磁、高矯頑力、耐高溫和耐腐蝕，常規牌號無法滿足使用要求。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等重稀土資源價格昂貴，大量添加必然增加產品成本，降低市場競爭力。因此開發新技術，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，同時可以促進我國稀土產業由“資源型”向“技術創新型”轉變，而目前國內外針對相關研究不多，且真正能產業化的沒有。南昌航空大學金屬材料工程專業羅軍明教授領銜的“功能材料與器件課題組”為解決之一關鍵技術問題，自2011年起與企業建立了長達10年的產學研合作，與企業一起攻克了這一關鍵技術難題。

瞄準科技前沿，突破技術瓶頸

提高矯頑力的傳統辦法是通過在熔煉時添加重稀土，這種方法重稀土量添加量很大，例如耐溫150℃的SH牌號需要添加3%以上重稀土，耐溫180℃的UH牌號需要添加4%以上重稀土，耐溫200℃的EH牌號則需要添加5%以上重稀土，而且熔煉添加的重稀土會進入主相導致磁體的剩磁急劇下降。日本企業采用的滲透源是重稀土氟化物或重稀土純金屬，這些滲透源的熔點過高，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，可稱為“固-固”晶界滲透，晶界滲透的深度是極大地挑戰。據報道，一般晶界滲透厚度不超過6mm。

為了突破晶界擴散技術這一關鍵技術瓶頸，羅軍明教授帶領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責人的企業團隊不忘初心，砥礪前行，通過近10年產學研合作，開發出低熔點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，通過優化重稀土鏑、鋱合金的成分、不同的涂覆方式、滲透溫度和滲透時間，使重稀土主要分布在晶界上，提高其在晶界相的濕潤性，實現高效滲透，使得重稀土鏑和鋱等的添加量比滲透前降低30%以上。該技術優于日本“固-固”晶界滲透技術，以該技術為核心的“高性能燒結釹鐵硼磁體關鍵制備技術及產業化應用”成果在2020年10月份中國稀土學會組織的成果評價中被認定為：該成果達到國際領先水平。

產學研合作，碩果累累

南昌航空大學“功能材料與器件課題組”自2019年成立以來已經歷12個年頭，目前有教師11人，其中10人獲得博士學位，研究生30余人。課題組帶頭人羅軍明為二級教授，江西省百千萬人才工程人選，江西省熱處理學會理事長。十多年以來，羅軍明教授帶領課題組成員圍繞稀土永磁企業技術問題，通過選派年輕教師到企業掛職、與企業聯合培養碩士研究生，與企業聯合申報科研項目和成果等多種形式深度開展產學研合作。在合作中羅軍明教授和課題組成員多次深入企業第一線，特別是在暑假，冒著高溫現場了解生產問題，開展科學研究。羅軍明教授坦言，從事產學研合作解決企業技術難題其實是一個很“痛苦”的過程，只有經過無數個日夜的努力，流過無數汗水、淚水之后，才會有成功的喜悅。

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獲批江西省重大科研計劃項目“低釹低鏑燒結永磁材料的關鍵設備技術”，資金100萬元，主要開展了優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NdFeB永磁體耐蝕性和耐磨差的問題，江西金力永磁科技股份有限公司投入20萬元給本課題組，設立了產學研項目“NdFeB永磁體表面強化防護涂層研究”，成功解決了NdFeB永磁體耐蝕性和耐磨性問題。2014年南昌航空大學根據江西金力永磁科技股份有限公司對稀土原材料要求，贛州湛海新材料科技有限公司為課題組設立了10萬元產學研合作項目“高純高性能稀土氧化物粉體制備”，通過攻關提升NdFeB永磁所需Nd、Tb等稀土元素的純度和性能。2012年本課題組參與國家科技支撐計劃項目“稀土永磁材料表面防護技術與應用”，經費129萬元，開展了電泳、微弧氧化和磁控濺射等方法制備磁體涂層來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到江西省重點研發項目“電動和混合動力電機用稀土永磁關鍵技術研究”，獲100萬元資金支持，開展了電動和混合動力電機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到江西省重大科技專項“節能電機高性能稀土永磁關鍵技術研究”，獲1000萬元資金支持，目前正在開展了高性能稀土永磁關鍵技術攻關。

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，產生巨大經濟效益和社會效益服務。經過10年產學研合作，合作企業碩果累累，取得了良好經濟效益和行業口碑，2012年到2020年成果實施以來實現銷售收入92.5億元，凈利潤8.8億元。

本課題組聯合江西金力永磁科技股份有限公司等企業共同申報的“高性能燒結釹鐵硼磁體關鍵制備技術及產業化應用”獲得2020年中國產學研合作創新成果獎二等獎；“燒結釹鐵硼永磁體防腐關鍵技術與應用”獲得2020年中國腐蝕與防護學會科學技術獎二等獎。此外，“高純稀土碳酸鹽和氧化物的物性調控與應用” 獲得2017年中國稀土學會科學獎二等獎。本課題組與企業申請專利40余件，其中獲得授權發明專利18件，授權實用新型10件；發表論文18篇，其中SCI、EI收錄16篇；聯合培養碩士研究生9人。

“我們要像總書記說的那樣，把論文寫在祖國大地上”，產學研合作取得豐碩成果使得羅軍明教授進一步堅信“科技創新是推動企業發展的原動力，科技創新永無止境”。