【康沃真空網(wǎng)】8月9日，世界首條永磁磁浮軌道交通工程試驗線在江西興國舉行竣工儀式，標(biāo)志著世界首列永磁磁浮空軌“興國號”成功首發(fā)。
該磁浮空軌是由江西理工大學(xué)、中鐵六院、中國中鐵工業(yè)等單位共同研發(fā)、設(shè)計、制造，世界上首次實現(xiàn)永磁懸浮與空軌技術(shù)的完美結(jié)合，有望成為一種全生命周期成本最低、性價比最優(yōu)的品質(zhì)化、個性化、智能化交通運輸系統(tǒng)，具有綠色、智能、安全、經(jīng)濟(jì)的顯著特點。
▲“興國號”車輛總體設(shè)計體現(xiàn)出著名將軍縣的紅色文化基因，被譽為“紅軌”，列車頭部兩側(cè)56顆五角星，代表著56位共和國的開國將軍；熊熊燃燒的火炬代表著“星星之火，可以燎原”。
江西理工大學(xué)黨委書記楊斌介紹，江西理工大學(xué)聯(lián)合中國中鐵工業(yè)旗下中鐵科工集團(tuán)成功攻克了懸浮轉(zhuǎn)向架結(jié)構(gòu)、導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、直線電機(jī)牽引驅(qū)動、基礎(chǔ)制動等技術(shù)難題。
目前，中國是世界上第三個掌握空軌技術(shù)的國家。中鐵科工集團(tuán)空軌事業(yè)部總經(jīng)理徐國學(xué)介紹，從“空軌”到“紅軌”，轉(zhuǎn)向架由輪胎變成永磁鐵，無需耗費電能，通過永磁特性即可實現(xiàn)車輛懸浮，零摩擦運行。
永磁磁浮技術(shù)
磁浮列車是通過磁極相斥或相吸機(jī)理來克服重力，產(chǎn)生懸浮效應(yīng)的。當(dāng)采用電生磁性磁體產(chǎn)生懸浮效應(yīng)時，列車的磁體強弱隨勵磁電流大小變化而變化，這個過程中耗能較大且需要復(fù)雜的控制技術(shù)才能實現(xiàn)。因此，尋找滿足列車懸浮需求的永磁體成為磁浮列車研究的最佳方案。
研究結(jié)果表明，借助稀土元素的合金材料可以制造出體積小、磁性密度高、有足夠懸浮力的永磁體。“紅軌”永磁磁浮交通系統(tǒng)采用的永磁體是釹鐵硼合金，這是一種適用于磁浮交通系統(tǒng)的稀土永磁合金材料，具有磁性強、磁性穩(wěn)定、磁能分布合理等特點。所以，釹鐵硼合金成為永磁磁浮列車的關(guān)鍵材料。
▲ 懸掛式稀土永磁磁浮軌道交通系統(tǒng)截面結(jié)構(gòu)示意圖：1 限高輪；2 受電軌；3 導(dǎo)向系統(tǒng)；4 懸浮系統(tǒng)；5 車廂吊桿；6 直線驅(qū)動系統(tǒng)；7 測速定位系統(tǒng)；8 天梁托臂
釹鐵硼合金的制備
釹鐵硼合金的制備主要分為原材料準(zhǔn)備、熔煉—甩片、氫破碎HD制粉、細(xì)化粉末、磁場取向、油等靜壓、燒結(jié)、加工等流程，其中真空技術(shù)必不可少。
▲ 當(dāng)前燒結(jié)釹鐵硼主流生產(chǎn)工藝流程
■ 原料準(zhǔn)備及預(yù)處理：對原材料進(jìn)行稱重、破碎、斷料和除銹等預(yù)處理。工藝設(shè)備：鋼筋切斷機(jī)、滾筒拋光機(jī)
■ 熔煉：將經(jīng)過預(yù)處理后的原材料鐠釹、純鐵、硼鐵等按照比例配料，加入真空熔煉爐中，在氬氣保護(hù)下高溫熔煉后進(jìn)行甩帶，使得產(chǎn)品成分均勻，結(jié)晶取向度高，組織一致性好，并且避免ɑ-Fe的生成。工藝設(shè)備：真空熔煉爐
■ 氫破碎：氫破碎（HD）工藝，是利用稀土金屬間化合物的吸氫特性，將釹鐵硼合金置于氫氣環(huán)境下，氫氣沿富釹相薄層進(jìn)入合金，使之膨脹爆裂而破碎，沿富釹相層處開裂，保證了主相晶粒及富釹晶粒間界相的完整。氫破碎工藝使得釹鐵硼的甩片變得非常疏松，極大提高了氣流磨的制粉效率，降低生產(chǎn)成本。工藝設(shè)備：真空氫處理爐
▲ 新型連續(xù)式氫破碎工藝流程
■ 制粉：氣流磨制粉是采用物料自身的高速碰撞來粉碎，對磨室內(nèi)壁無磨損，無污染，可以高效率地制備粉末。工藝設(shè)備：氣流磨粉機(jī)
■ 成型取向：取向的作用是使混亂取向的粉末顆粒的易磁化方向c軸轉(zhuǎn)到同一個方向上來，從而獲得最大的剩磁。壓型的主要目的就是將粉末壓制成一定形狀與尺寸的壓坯，同時盡可能保持在磁場取向中所獲得的晶粒取向度。工藝設(shè)備：磁場壓機(jī)、等靜壓機(jī)
■ 燒結(jié)：燒結(jié)釹磁鐵是通過將稀土金屬顆粒在真空爐中加熱制成的。選擇元素（主要是釹、鐵和硼）以產(chǎn)生指定等級的磁鐵。調(diào)整磁體的化學(xué)成分以確定磁極化、居里點、磁通密度和矯頑力。熔化后，將NdFeB（釹、鐵、硼）混合物澆鑄到模具中并冷卻形成錠。錠被研磨成粉末壓入成型模具中。在2T的磁場壓機(jī)中取向成形，經(jīng)200MPa冷等靜壓后，1065℃/5h真空燒結(jié)，分別在900和520攝氏度回火2~5h，氣淬至室溫，獲得磁體毛坯。工藝設(shè)備：真空燒結(jié)爐
■ 機(jī)械加工：燒結(jié)之后得到的釹鐵硼磁體均為毛坯，需要進(jìn)一步機(jī)械加工以獲得各種不同尺寸、大小和形狀的產(chǎn)品。釹鐵硼磁體由于比較脆，力學(xué)性能較差，一般只能采用磨削加工和切削加工。工藝設(shè)備：平面磨床、雙端面磨床、倒角機(jī)
■ 表面處理：對各種形狀的稀土永磁體進(jìn)行表面處理，例如電泳、鍍鋅、鎳、鎳銅鎳及磷化等，以保證產(chǎn)品的外觀和耐腐蝕特性。
我國稀土資源豐富儲量和產(chǎn)量均居世界前列，江西省贛州是我國三大稀土生產(chǎn)基地之一，年產(chǎn)出全球70%的中重稀土，其中稀土元素釹、硼自然儲量豐度高因而成本低，所以我國制造釹鐵硼合金具有得天獨厚的優(yōu)勢。稀土永磁磁浮列車的應(yīng)用將帶動延伸稀土產(chǎn)業(yè)鏈，推動稀土產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，“紅軌”制造材料也可以實現(xiàn)循環(huán)利用。
▲ 2010-2019年中國稀土磁性材料產(chǎn)量情況，數(shù)據(jù)來源：中國稀土行業(yè)協(xié)會
中鐵六院總經(jīng)理陳國棟介紹說，“紅軌”將懸掛式單軌和磁浮技術(shù)完美結(jié)合，具有低能耗、少占地、適應(yīng)好、可移植的顯著優(yōu)點，是小運量接入級交通和旅游交通的新選擇?！斑@些特點，讓永磁磁浮空軌不僅適用于城市、景區(qū)、機(jī)場接駁、商務(wù)中心、特色小鎮(zhèn)等常規(guī)環(huán)境，在沿江、環(huán)湖、海邊、高寒、荒漠等困難條件下也能大展身手”。
永磁磁浮空軌項目探索了一種能夠適應(yīng)復(fù)雜地形的中低運量個性化、智能化交通運輸方式，它可與地鐵、輕軌互為補充，進(jìn)一步完善我國的綜合交通網(wǎng)絡(luò)。目前，永磁磁浮空軌工程驗證已成功完成，在進(jìn)一步優(yōu)化車-軌道-磁軌的匹配及耦合關(guān)系研究后即可大規(guī)模應(yīng)用。
