世界上首次成功合成高纯度FeNi超晶格磁体材料

新技术 2017年10月25日

据国立研究开发法人新能源・产业技术综合开发机构(以下简称:NEDO)新闻稿报道,在NEDO项目中,以电装(DENSO)先进技术研究所为主体,东北大学金属材料研究所、筑波大学的结构分析共同组成的产学研开发团队,在世界上首次成功合成了高纯度FeNi超晶格磁体材料。新开发的合成方法工艺简单、适用于工业生产,同时还获得了磁性材料所需的单相粉末状的FeNi超晶格, 预计这一成果将极大地推进不使用稀土元素而获得高性能磁体的应用进程。

目前,在日本电动机消耗的电量占总用电量的一半以上。伴随着机动车的电汽化,预计未来对电动机的需求将会扩大。因此,电动机的节能技术是中长期能源战略中最重要的课题之一。

电动机的效率主要取决于磁性材料如磁铁和铁芯(软磁材料)。在NEDO项目(开发下一代汽车用高效电动机磁性材料技术)中,高效率电动机磁性材料技术研究组合(MagHEM)正在努力开发不使用具有高供货风险的重稀土元素(主要是镝)和稀土元素(主要是钕)的创新型高性能磁铁。

早在1960年代,科研人员就从铁陨石中发现了原子级的铁和镍L10型有序合金,即FeNi超晶格。尽管无稀土元素,但预计其具有高磁铁性能。50多年来对高纯度FeNi超晶格磁体材料的合成一直未获得成功。

通常,有规则结构的合金可以通过热处理无规则结构合金,近而使原子扩散的方法而获得。为了得到规则化FeNi超晶格,热处理的温度需低至320℃以下,时间需要10亿年以上。迄今为止,已经提出了中子照射、高压应变处理、非晶态金属的纳米结晶等扩散的方法,然而诸如规则化效果低下或含量率低下的问题仍然存在。

开发团队新设计的是经由有序的稳定中间体,形成有序合金的工艺过程,即氮插入和拓扑提取(Nitrogen Insertion and Topotactic Extraction,以下简称:NITE)的方法。

NITE方法(如下图),通过对原料(a)FeNi无规则合金粉进行氮化处理,而生成了有规则(b)FeNi氮化物,然后在不破坏有序结构的情况下,通过拓扑提取氮原子,在短时间内得到(c)排序规则高的FeNi超晶格。具体来说,通过与氨气反应进行氮化,通过与氢气反应拓扑提取来进行脱氮。由于工艺非常简单,因此适用于工业生产。

通过NITE方法制成FeNi超晶格的合成方案

通过NITE方法制成FeNi超晶格的合成方案

今后,研究方向将瞄准FeNi超晶格磁体在电动机永磁体材料的应用,进一步探讨晶格排列,提高改善控制粒子形状和成型的方法。

本研究成果的详细内容,已刊登在2017年10月16日英国科学杂志《Scientific Reports》(《科学报告》)上。

文/客观日本编辑部

相关链接
<新闻稿>(日语)

相关阅读