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永磁材料:新能源、高铁、3C消费电子必须有它
2021年11月15日 发布 分类:粉体应用技术 点击量:1478
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永磁材料又称为硬磁材料,是指磁性材料在外在的一些磁场而被磁化之后,可以在非常长的时期内保存其所具有的强磁性,拥有较高的矫顽力。利用此特性,永磁材料大规模应用于能源、信息通讯、交通、计算机、医疗器械等诸多行业。


先来看一组数据:

稀土和智能手机看起来毫无联系,实际上,应用于声学、自动对焦、振铃、传感器等,一台智能手机用到超过10块稀土“磁石”--钕铁硼永磁体;制造一台新型电动汽车更能需要近百块稀土永磁体;直驱永磁风力发电机其核心材料为钕铁硼永磁体,经技术人员测算,一台1.5WM的直驱使用钕铁硼永磁体达到1.2吨“十三五”期间,城市轨道交通规划线路总规模为7305.3公里,若全部采用永磁牵引系统,大约需要钕铁硼1827吨,我国轨道交通对钕铁硼的总需求约4577吨;工业机器人市场在不断扩大中,工业机器人核心零部件为控制器、永磁同步伺服电机、减速器,而制造一台165kg焊接机器人需要消耗25公斤高性能钕铁硼。


时速400公里“永磁高铁”电机

永磁材料类型

永磁材料种类多、用途广,主要历了金属永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料应用和发展3个阶段。

①金属永磁材料 

金属永磁材料阶段,其发展和应用较早,是以铁和铁族元素为重要组元的合金型永磁材料,又称永磁合金,主要包括铝镍钴(AlNiCo)和铁铬钴(FeCrCo)系2类永磁合金。金属永磁材料通过铸造工艺制备而成,也称铸造永磁材料。随着20世纪70年代初高性能稀土永磁材料的发现,金属永磁材料应用受到很大冲击,逐渐被新型永磁材料替代,目前仅应用在小众特殊领域。


铝镍钴磁铁,磁性不是得劲儿

但优势在于防锈性能好,耐高温稳定性

有铸造成型及烧结成型

该材料磁能积较低,居里温度很高(可高达890℃),温度稳定性很好,磁感温度系数很低,因此,在某些特殊器件上的使用至今无法取代,仍有稳定的市场需求。

②铁氧体永磁材料

20世纪30年代,人们发现了铁氧体永磁材料,40年代由菲利浦公司发明的。因原材料便宜、工艺简单、价格低廉,在20世纪70年代发展迅速,产量跃居首位。直至今日,铁氧体磁体尽管综合磁性能较低,但电阻率高、稳定性好、耐环境变化力强、原料来源丰富、性价比高、工艺成熟而简单、又不存在氧化问题,故在对磁性能力要求较低的中低端产品中应用较为广泛。

铁氧体永磁材料亦称永磁铁氧体,由氧化锶(SrO)或氧化钡(BaO)及三氧化二铁(Fe2O3)为原料,通过陶瓷工艺的方法,经预烧、破碎、球磨、制粉、成型、烧结、机械加工制造而成。由于亚铁磁性换言之,就是某些铁离子磁矩相互反平行而具有永磁性能。铁氧体永磁按工艺可分为两类:其一为烧结永磁铁氧体,其

二为粘结永磁铁氧体,烧结永磁铁氧体又分为干压成型与湿压成型,粘结永磁铁氧体分为挤出型、注射型与压延成型。当前市场主流的永磁铁氧体为六角晶系的磁铅石型铁氧体,化学式为MO·6Fe2O3,其中M为钡(Ba)、铅(Pb)、锶(Sr)等元素。  


烧结铁氧体

橡胶磁RubberMagnet是铁氧体磁材系列中的一种,由粘结铁氧体磁粉与合成橡胶复合,经挤出成型、压延成型、注射成型等工艺而制成的具有柔软性、弹性及可扭曲的磁体。可加工成条状、卷状、片状、块状、圆环及各种复杂形状。


橡胶磁冰箱贴

3、稀土永磁材料

稀土永磁材料阶段,将钐、钕混合稀土金属与过渡金属(如钴、铁等)组成的合金,用粉末冶金方法压型烧结,经磁场充磁后制得的一种磁性材料。包括:钐钴(SmCo)永磁体、钕铁硼(NdFeB)永磁体。SmCo磁体的磁能积在15~30MGOe之间,NdFeB磁体的磁能积在27~50MGOe之间,它们比磁钢的磁性能高100多倍,是目前磁性最高的永磁材料,故称“永磁王”。


钕铁硼永磁体

a、钐钴系永磁材料

这是国内最先出现的稀土永磁类产品。它是由稀土金属如钐(Sm)、镨(Pr)和钴(Co)等金属所形成的金属间化合物。SmCo5和Sm2Co17是该系列材料的主要代表。稀土钴永磁材料磁性能优异,其最大的优点是居里温度高(通常可达710~880℃),非常适合在高温下稳定工作。然而,它最大的缺点是其成分主要为储量稀少的稀土金属Sm以及稀缺、昂贵的战略金属Co,决定了其企业生产量将受到很大的限制,但其在一些特定的领域(如军工及航空航天)仍然是不可被替代的。

b、钕铁硼永磁材料

钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料已经诞生三十余载,凭借高的矫顽力、高的(BH)(室温下通常大于30MGOe)和高的性价比,广泛应用于永磁直驱风力发电机组、新能源汽车驱动电机及EPS(电子转向系统)、ABS(防抱死制动系统)等汽车零部件、各类家电压缩机、电梯曳引机以及工业机器人用伺服电机等领域。


当然铷铁硼永磁材料的应用远不止于此.......

汽车行业是稀土永磁材料的第一大消费领域:传统汽车EPS(电动助力转向系统)渗透率不断提升,带动钕铁硼磁材单车耗用量增加,而每辆带EPS系统的汽车比传统汽车多用0.25KG钕铁硼。一辆新能源车新增钕铁硼用量3KG,是传统带EPS系统汽车的12倍!全球新能源车需求爆发,更是带动了稀土永磁材料需求的快速增长。

家电行业为钕铁硼第二大消费体:受益于低碳环保之风,节能变频空调与节能电梯渗透率不断提高。

 

编辑:粉体圈小白

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