突破！我国成功制备出5N级超纯铁

近日，在由上海大学、河北龙凤山铸业有限公司（简称龙凤山铸业）、冶金经济研究发展中心（简称经研中心）、上海大学（浙江）高端装备基础件材料研究院（简称上善院）共同组建的PI（纯铁）项目团队成员王林军教授、徐闰教授的带领下，该团队成功制备出纯度达到5N2的超纯铁（5N～6N）。这是继该项目团队于2021年制备出4N7高纯铁和2023年实现4N电解铁产业化后的又一重大科技突破。

纯铁是重要的工业原料，纯铁的提纯技术反映着一个国家的工业化发展水平。5N级超纯铁对材料的科学研究、技术创新、工程应用等有着重要意义，其制备工艺一直是世界级的科技难题，此前仅有日本、美国等发达国家在实验室制备出5N级超纯铁。我国成功制备出5N级超纯铁标志着我国在铁的提纯方面跻身世界前列。

目前，我国大规模工业化生产的纯铁纯度为99.0%~99.9%（2N~3N）。为攻克5N级超纯铁制备技术难关，2022年4月份，王林军将已有的半导体材料提纯技术与铁的超纯化相结合，提出了区熔法提纯超纯铁方案。徐闰率领团队经过2年连续艰苦的科研工作，设计制造出国内第一台超高真空垂直浮区感应区熔炉。经过大量深入细致的科研工作，他们进一步认识了铁的提纯规律和机理，形成系统的超纯铁的提纯技术。PI项目团队持续深入开展实验工作，于2023年9月份采用电解—真空熔炼—真空垂直区熔3种组合方式首次生产出5N超纯铁。又经过半年多的持续努力，该团队于2024年3月份掌握了一致性优异、稳定可重复的提纯工艺。经第三方检测，超纯铁样品纯度高达5N2（99.9992%），其中气体杂质元素含量（碳氮氧氢）仅为4.5ppm，其余元素含量总和为3.2ppm（包含其他所有GDMS可准确测量的73种杂质元素）。

据悉，按照碳含量不同，将铁分为生铁、钢和纯铁，其中将碳含量低于0.0218%的铁称为纯铁。与生铁和钢的性能不同，4N级以上的高纯铁和超纯铁具有优异的软磁性能、耐腐蚀性能、延展性能、热性能和导电性能等，作为原材料使用可以显著提高特种合金、高端特种钢、半导体和非晶等材料的性能和品质，从而促进航空、航天、电子、能源、半导体等产业的发展。