第一代钐钴稀土永磁为 1967 年美国发明的 SmCo5 。SmCo5 具有很 高的磁晶各向异性常数 , 其理论磁能积可达 244.9 kJ/m3 。20 世纪 70 年代,SmCo5 永磁体已经实现商品化,因其含较多战略金属钴和储量 较少的稀土金属钐,原材料价格昂贵,故发展前景受限 。
第二代钐钴稀土永磁为 1977 年日本发明的 Sm2Co17 。Sm2Co17 在 高温下是稳定的 Th2Ni17 型六角结构 , 在低温下为 Th2Zn17 型的菱方 结构 。基于其独特的优良的磁稳定性、高温磁性能、优异的抗氧化及 抗腐蚀性 , 仍被广泛应用于航空航天、国防军工、高端电机等领域 。
第三代钕铁硼永磁材料为 1983 年美国、日本发明的 Nd2Fe14B 。稀 土永磁钕铁硼(Nd2Fe14B)合金稀土元素约占 25%-35% , 铁元素约 占 65%-75%,硼元素约占 1% 。钕铁硼永磁的研发成功意义重大 , 它 不仅具有惊人的优异性能、创纪录的高磁能积,而且它还以价格底廉、 储量丰富的铁和钕取代了昂贵的战略物资钴和资源稀缺的钐,被誉为 “现代永磁之王” 。
第四代稀土永磁为铁氮合金,仍处于研发阶段 。稀土铁氮磁粉最大磁 能积是 20-40MGOe , 高于钕铁硼磁粉,稀土铁氮新材料与市场现有磁 性材料钕铁硼相比成本较低,主要原因是磁粉中稀土相对含量少,同 时无需掺杂钴等价格昂贵的金属 。第四代稀土永磁材料形成成熟工艺 走向实用至少还需几十年 。
钕铁硼永磁可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼三种
烧结钕铁硼是钕铁硼中产量最大、应用最为广泛的产品 。烧结钕铁硼 永磁材料采用的是粉末冶金工艺 , 熔炼后的合金制成粉末并在磁场中 压制成压胚,压胚在惰性气体或真空中烧结达到致密化,为了提高磁 体的矫顽力,通常需要进行时效热处理 , 再经后加工及表面处理后获 得成品 。目前已商业化生产的烧结钕铁硼,剩磁最高可达 1.45T 以上,内禀矫顽力最高可达 2786kA/m,工作温度根据矫顽力的不同在 80℃- 200℃之间 。
粘结钕铁硼是将永磁体粉碎后与粘接剂混合,在磁场中压制成型,它 有着成本低、尺寸精度高、形状自由度大、机械强度好、比重轻等优 点 。粘结钕铁硼磁体由于大量加入了粘接剂,其密度一般只有理论上 的 80%,因此在磁性能上弱于烧结钕铁硼 。粘结钕铁硼是各向同性磁 体 , 各方向磁性相同,因此方便制作多极乃至无数极的整体磁体 。
热压钕铁硼在不添加重稀土元素的情况下可实现与烧结钕铁硼相近的 磁性能,具有致密高、取向度高、耐腐蚀性好、矫顽力高等优点 , 但 机械性能不好,且由于专利垄断,加工成本较高 。由于成型技术工艺 限制 , 应用范围受到一定限制,目前主要用于汽车 EPS 电机等领域 。
高性能钕铁硼的应用领域涵盖传统和新能源汽车、风力发电、电子设备、 空调家电等 。根据规定 , 内禀矫顽力(Hcj)和最大磁能积((BH)max)之 和大于 60 的烧结钕铁硼永磁材料定义为高性能钕铁硼 。低端钕铁硼主要应 用于磁吸附、磁选、电动自行车、箱包扣、门扣、玩具等领域 。
驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,稀土永磁驱动电机具有 尽可能宽广的弱磁调速范围、高功率密度比、高效率、高可靠性等优 势,能够有效地降低新能源汽车的重量和提高其效率,需求刚性强 。
风力发电机分为永磁直驱式、半直驱式和双馈异步式,其中永磁直驱 式和半直驱式使用高性能钕铁硼磁钢 。预计未来永磁直驱电机渗透率 逐年提升,将持续带动风电领域对于高端钕铁硼永磁材料的消耗 。
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