替代稀土的强磁铁材料研制成功

氮化铁：替代稀土的强磁铁材料，首次以克为单位制造成功 图1：成功以克为单位生成的氮化铁Fe16N2粉末 图2：以有机金属络合物为原材料的一种制备方法（ 　　由日本东北大学研究生院教授高桥研、助教小川智之及户田工业等组成的研究小组，成功地以克为单位生成了氮化铁（Fe16N2）粉末（图1）。作为日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的“稀有金属替代材料开发项目”的一部分，该研究小组在推进将Fe16N2作为不使用稀土类元素的强磁铁候补材料的研究过程中，全球首次以高达91％的纯度和以克为单位的再现性成功生成了Fe16N2粉末。 　　生成的Fe16N2粉末粒径为几十至几百nm，饱和磁化强度在温度50K下为230emu/g、在室温下为221emu/g，高于纯铁（1emu/g＝4π×10－7Wb·m/kg）。虽然与矫顽力成比例的磁晶各向异性较低，但决定磁铁磁力的最大磁能积为100MGOe（796kJ/m3），比钕·铁·硼（Nd-Fe-B）类烧结磁铁高30％多。 　　以氮化铁为材料的磁铁投入使用目标时间为2023～2025年。目前面临的课题有：（1）确立量产技术；（2）减少该材料的界面缺陷和尺寸上的偏差；（3）通过将部分Fe和N置换成其他元素来提高矫顽力；（4）确立对于纳米尺寸的该粉末进行配向及固化的技术；（5）确立200℃以下的提高Fe16N2填充率的配向和固化技术（Fe16N2一旦超过200℃就会热分解）。 　　此次，之所以能够以克为单位生成Fe16N2粉末，是因为找到了在生成过程中的降温阶段抑制Fe16N2变成Fe4N和Fe的工艺条件和原材料。制备方法方面，尝试了以有机金属络合物为原材料的方法和纯粹以无机条件制造铁化合物的方法等几种方法，通过其中的几种方法成功生成了粉末。例如，以有机金属络合物为原材料的方法方面，不仅工艺条件得到优化，原材料方面还控制了结晶颗粒的形状和尺寸等（图2）。生成粉末所需要的时间因制备方法而异，生成约2g的粉末时长则需要1天半～2天，短则需要半天。户田工业负责合成原材料，东北大学则负责采用该原材料生成高纯度Fe16N2的技术。（记者：富冈 恒宪）