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高性能釹鐵硼磁材:新興領域應用的寵兒

來源:www.yenimnuri.com 發表時間:2020-01-02

 釹鐵硼磁材--當之無愧的“磁王”

永磁材料被廣泛應用于汽車、家電、能源、機械、醫療、航空航天等行業中的各種電機以及需產生強間隙磁場的元器件中。磁性材料與信息化、自動化、機電一體化、國防、國民經濟的方方面面緊密相關,在多個領域具有不可替代的優勢。磁性材料一般是Fe,Co,Ni元素及其合金,稀土元素及其合金,以及一些Mn的化合物。磁性材料按照其磁化的難易程度,分為軟磁材料及硬磁材料,其中軟磁材料是相對于永磁材料而言,其相對易于磁化,也易于退磁,其主要功能是導磁、電磁能量的轉換與傳輸;硬磁材料又稱永磁材料,經外磁場磁化以后,即使在相當大的反向磁場作用下,仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性,擁有電信號轉換、電能-機械能轉換功能,被廣泛應用于汽車、家電、能源、機械、醫療、航空航天等行業中的各種電機以及需產生強間隙磁場的元器件中。

釹鐵硼磁鐵是第三代稀土永磁,應用最為廣泛。永磁材料可分為稀土永磁、鐵氧體永磁和其他永磁三大類。其中,稀土永磁材料自60年代以來持續高速發展,按其開發應用的時間順序可分為四代:第一代為以SmCo5為代表的RECo5系材料;第二代是Sm2Co17為代表的RECo17系磁體;第三代是80年代初期開發成功的釹鐵硼(NdFeB)系磁性材料,因其是Fe基稀土材料,有著較低價格的特點,并且性能優異,在很多領域較快的取代了RECo17型磁體,是目前應用最為廣泛的稀土永磁材料,而第四代為鐵氮(Re-Fe-N)系和鐵碳(Re-Fe-C)系,尚處于實驗開發階段,或需要數十年的比較長的時間才能實現規;a應用。

釹鐵硼磁材是當之無愧的“磁王”。釹鐵硼在內稟矯頑力、磁能積和剩磁強度等“磁性能”系數上都表現優異:1、擁有較強的抗退磁能力,最大內稟矯頑力可達到釤鈷永磁的約2倍,鐵氧體的約3-10倍;2、釹鐵硼磁材應用的儀器儀表在輕量化領域更具潛力,最大磁能積是釤鈷永磁的1.5倍,鐵氧體的10倍;3、抗外界磁場能力最強,最大剩磁強度是釤鈷永磁的1.2倍,鐵氧體的3-4倍。因此,釹鐵硼磁材在內稟矯頑力、磁能積和剩磁強度等性能系數上的比較優勢,被廣泛應用,是當之無愧的“磁王”。而與之相比,鐵氧體唯一的優點則是生產成本較低,所以多被應用于較為低端的領域,高端領域因在性能的高要求下,幾乎不使用鐵氧體;釤鈷永磁雖然可工作溫度的范圍較寬,但是機械力學性能不佳,并且含有鈷,性價比并不高,因此往往僅用于軍事、航空航天等對高溫性能要求很高的領域。

1.2 高性能釹鐵硼磁材--難以替代,兼具剛性需求與快速成長屬性

燒結釹鐵硼磁材為主流類型。釹鐵硼磁材根據生產工藝不同,可分為燒結、粘接以及熱壓三種。1、燒結釹鐵硼磁材是應用粉末冶金工藝,將預制料制成微粉,壓制成型制成坯料,再進行燒結而制成,具有高磁能積、高矯頑力和高工作溫度等特性,主要應用于電動機、發電機等領域;2、粘接釹鐵硼磁材是把釹鐵硼磁粉與高分子材料及各種添加劑均勻混合,再用模壓或注塑等成型方法制造的磁體。粘接釹鐵硼性能不如燒結釹鐵硼,但其具備工藝簡單、造價低廉、體積小、精度高、磁場均勻穩定等優點,主要應用于信息技術、辦公自動化、消費類電子等領域;3、熱壓釹鐵硼永磁材料是通過熱擠壓、熱變形工藝制成的磁性能較高的磁體,具有致密度高、取向度高、耐蝕性好、矯頑力高和近終成型等優點,目前僅少數公司掌握了生產工藝,專利壁壘和制作成本高,總產量較小。因此,燒結、粘接以及熱壓釹鐵硼在性能和應用上各具特色,下游應用領域重疊范圍比較少,相互之間并非替代與擠占關系,更多是互補關系。而由于燒結釹鐵硼在性能、成本等多方面的優勢,是目前產量最高、應用最為廣泛的稀土永磁材料,是市場主流類型。

不同的應用領域應用不同性能水平的釹鐵硼磁材,新興領域往往有著較高性能要求,高端釹鐵硼磁材難以被替代。燒結釹鐵硼磁材按照矯頑力高低劃分,分為低矯頑力(N)、中等矯頑力(M)、高矯頑力(H)、特高矯頑力(SH)、超高矯頑力(UH)、極高矯頑力(EH)、至高矯頑力(TH)七大類。而根據行業慣例,內稟矯頑力(Hcj,kOe)和最大磁能積((BH)max,MGOe)之和大于60的燒結釹鐵硼永磁材料,屬于高性能釹鐵硼永磁材料,主要應用于高技術壁壘領域的各種型號的電機、壓縮機、傳感器,根據產品在下游應用上劃分,包括傳統汽車EPS、新能源汽車電機、風力發電、變頻家電、節能電機等新興領域,尤其是,近幾年隨著新能源汽車的發展,新能源汽車電機的磁材需求也成為高端釹鐵硼磁材需求的主要增長點。從行業趨勢來看:1、在中低端領域,釤鈷磁體、鐵氧體以及中低端釹鐵硼磁材,極大概率直接“白刃戰”,充分競爭,在該應用領域區間,性價比是優先考慮因素;2、在高端領域,由于高端釹鐵硼擁有不可比擬的高性能,與新興領域高性能要求匹配,高性能釹鐵硼磁材需求難以被替代,并且下游新興領域快速拉動需求。因此,高性能釹鐵硼應用趨勢,可以用兩個關鍵詞來概括--需求剛性與快速成長。

  

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