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高性能钕铁硼磁材:新兴领域应用的宠儿

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-12-02 浏览次数:11
1.1 钕铁硼磁材--当之无愧的“磁王”

永磁材料被广泛应用于汽车、家电、能源、机械、医疗、航空航天等行业中的各种电机以及需产生强间隙磁场的元器件中。磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防、国民经济的方方面面紧密相关,在多个领域具有不可替代的优势。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难易程度,分为软磁材料及硬磁材料,其中软磁材料是相对于永磁材料而言,其相对易于磁化,也易于退磁,其主要功能是导磁、电磁能量的转换与传输;硬磁材料又称永磁材料,经外磁场磁化以后,即使在相当大的反向磁场作用下,仍能保持一部或大部原磁化方向的磁性,拥有电信号转换、电能-机械能转换功能,被广泛应用于汽车、家电、能源、机械、医疗、航空航天等行业中的各种电机以及需产生强间隙磁场的元器件中。

钕铁硼磁材是第三代稀土永磁,应用最为广泛。永磁材料可分为稀土永磁、铁氧体永磁和其他永磁三大类。其中,稀土永磁材料自60年代以来持续高速发展,按其开发应用的时间顺序可分为四代:第一代为以SmCo5为代表的RECo5系材料;第二代是Sm2Co17为代表的RECo17系磁体;第三代是80年代初期开发成功的钕铁硼(NdFeB)系磁性材料,因其是Fe基稀土材料,有着较低价格的特点,并且性能优异,在很多领域较快的取代了RECo17型磁体,是目前应用最为广泛的稀土永磁材料,而第四代为铁氮(Re-Fe-N)系和铁碳(Re-Fe-C)系,尚处于实验开发阶段,或需要数十年的比较长的时间才能实现规模化生产应用。

钕铁硼磁材是当之无愧的“磁王”。钕铁硼在内禀矫顽力、磁能积和剩磁强度等“磁性能”系数上都表现优异:1、拥有较强的抗退磁能力,最大内禀矫顽力可达到钐钴永磁的约2倍,铁氧体的约3-10倍;2、钕铁硼磁材应用的仪器仪表在轻量化领域更具潜力,最大磁能积是钐钴永磁的1.5倍,铁氧体的10倍;3、抗外界磁场能力最强,最大剩磁强度是钐钴永磁的1.2倍,铁氧体的3-4倍。因此,钕铁硼磁材在内禀矫顽力、磁能积和剩磁强度等性能系数上的比较优势,被广泛应用,是当之无愧的“磁王”。而与之相比,铁氧体唯一的优点则是生产成本较低,所以多被应用于较为低端的领域,高端领域因在性能的高要求下,几乎不使用铁氧体;钐钴永磁虽然可工作温度的范围较宽,但是机械力学性能不佳,并且含有钴,性价比并不高,因此往往仅用于军事、航空航天等对高温性能要求很高的领域。

1.2 高性能钕铁硼磁材--难以替代,兼具刚性需求与快速成长属性

烧结钕铁硼磁材为主流类型。钕铁硼磁材根据生产工艺不同,可分为烧结、粘接以及热压三种。1、烧结钕铁硼磁材是应用粉末冶金工艺,将预制料制成微粉,压制成型制成坯料,再进行烧结而制成,具有高磁能积、高矫顽力和高工作温度等特性,主要应用于电动机、发电机等领域;2、粘接钕铁硼磁材是把钕铁硼磁粉与高分子材料及各种添加剂均匀混合,再用模压或注塑等成型方法制造的磁体。粘接钕铁硼性能不如烧结钕铁硼,但其具备工艺简单、造价低廉、体积小、精度高、磁场均匀稳定等优点,主要应用于信息技术、办公自动化、消费类电子等领域;3、热压钕铁硼永磁材料是通过热挤压、热变形工艺制成的磁性能较高的磁体,具有致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高和近终成型等优点,目前仅少数公司掌握了生产工艺,专利壁垒和制作成本高,总产量较小。因此,烧结、粘接以及热压钕铁硼在性能和应用上各具特色,下游应用领域重叠范围比较少,相互之间并非替代与挤占关系,更多是互补关系。而由于烧结钕铁硼在性能、成本等多方面的优势,是目前产量最高、应用最为广泛的稀土永磁材料,是市场主流类型。

不同的应用领域应用不同性能水平的钕铁硼磁材,新兴领域往往有着较高性能要求,高端钕铁硼磁材难以被替代。烧结钕铁硼磁材按照矫顽力高低划分,分为低矫顽力(N)、中等矫顽力(M)、高矫顽力(H)、特高矫顽力(SH)、超高矫顽力(UH)、极高矫顽力(EH)、至高矫顽力(TH)七大类。而根据行业惯例,内禀矫顽力(Hcj,kOe)和最大磁能积((BH)max,MGOe)之和大于60的烧结钕铁硼永磁材料,属于高性能钕铁硼永磁材料,主要应用于高技术壁垒领域的各种型号的电机、压缩机、传感器,根据产品在下游应用上划分,包括传统汽车EPS、新能源汽车电机、风力发电、变频家电、节能电机等新兴领域,尤其是,近几年随着新能源汽车的发展,新能源汽车电机的磁材需求也成为高端钕铁硼磁材需求的主要增长点。从行业趋势来看:1、在中低端领域,钐钴磁体、铁氧体以及中低端钕铁硼磁材,极大概率直接“白刃战”,充分竞争,在该应用领域区间,性价比是优先考虑因素;2、在高端领域,由于高端钕铁硼拥有不可比拟的高性能,与新兴领域高性能要求匹配,高性能钕铁硼磁材需求难以被替代,并且下游新兴领域快速拉动需求。因此,高性能钕铁硼应用趋势,可以用两个关键词来概括--需求刚性与快速成长。

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