第18卷 第4期
cpa是什么意思2011年8月
金属功能材料
M etallic Fu nctional M aterials
Vol.18, No.4August, 2011
国外稀土永磁最新动向
王 焰，潘 伟
busy什么意思
(钢铁研究总院，北京100081)
摘 要：为了防止地球变暖，各国正在开发和普及能源革新技术，促使旋转机械的稀土永磁用量迅速增长，超过在VCM 等电子信息工业的用量，跃居首位。本文概述了高性能稀土永磁最新动向，介绍了一些关于矫顽力机制的论点。
关键词：稀土永磁；节能；磁能积；矫顽力
中图分类号:T G 132.272 文献标识码:A 文章编号:1005-8192(2011)04-0058-05
Recent Trend of Rare earth Magnet
WA N G Yan,PA N Wei
(Cent ral I ron &Steel Rearch Institute,Beijing 100081,China)
Abstract:T he technical innovat ion in energ y sav ing is ca rr ied on a ll ov er the w or ld,w ith the emphasis on permanent magnet ro tation machine,leading t o g reat increament o f rar e earth magnet output.T he r ecent trend of rearch on sinter ed N d Fe B mag net wit h hig h ener gy pr oducts are r ev iew ed in this pa per.T he mechanism of coer cive for ce ar e intro duced.
Key words:rare ear th mag net;energ y saving ;energ y pro ducts;coer cive for ce
作者简介：王焰(1933-)，男，福建漳州人，从事金属功能材料研究。
1 节能环保赋予的新机迂
最近几年为解决环境保护和节约能源问题，正在大力普及节能的空调器、冰箱及洗衣机等家电设备，降低汽车电机和电动驾驶装置的能耗，增加混合动力汽车的使用量，推广风力发电机等可再生能源设
备。单从二氧化碳的排放量来看，至2008年8月，日本共售出201 7万辆混合动力汽车，和同类型汽油汽车比较，二氧化碳排放量共减少了1,100万吨。
各种类型汽车的能量效率示于图1。此处能量效率是指从原油到汽油再从汽油到汽车行驶的效率。二氧化碳排放量同能效有关，为1 1，因此从图1可以看出,BEV 汽车和未来FCV 汽车的二氧化碳排放量为汽油汽车的1/3到1/4。
为了减轻汽车重量，提高电子化程度和安全性，以及增加乘客的舒适感，汽车正朝着小而轻以及多功能化发展。其中永磁体起着极其关键作用,
以
图1 各种汽车的能量效率
1-燃料电池汽车;2-汽油汽车;3-汽油H V 汽车;4-柴油汽车;
5-柴油H V 汽车
Fig.1 Energy eff iciency of different automobiles
高级轿车为例，其电机和传感器多达100多个，尽管目前仍有一部分采用永磁铁氧体，但被Nd Fe B 烧结磁体取代数量日益增多。
为了防止地球变暖，各国正在开发和普及能源革新技术，其中特别重要的是将电能转换为机械能吃一堑长一智英文
的高输出效率的磁体旋转机械。随之而来的是高性能磁体大批量供货需求。从前占据Nd Fe B烧结磁体用量很大比重的VCM(音圈电机)，按平均尺寸计算，每只VCM需用7g Nd Fe B烧结磁体，而混合动力汽车每台驱动电机和发电机Nd Fe B烧结磁体用量为110克，滚筒式洗衣机每台采用170g Nd Fe B烧结磁体。如果说2000年信息通讯领域所用的Nd Fe B烧结磁体占全部用量的57%，那么到了2007年就起了很大变化，信息通讯领域用量已退居次位，只占40%，而节能新能源旋转机械领域用量已跃居首位。占46%。在这种需求的有力推动下，据日本石垣尚幸预计，日本Nd Fe B烧结磁体用量将从2007年的2 78万吨增长为2010年的3 69万吨和2015年的5 09万吨。
2 高磁能积磁体研究动向
20世纪90年代前期，稀土类新化合物探索工作非常活跃，然而到目前为止一直未发现超过Nd2Fe14B磁性能的化合物。
关于提高Nd Fe B磁体的磁能积。就B r而言，必须提高主相的饱和磁化、体积百分比、取向度，提高烧结体的密度；而H cj值的提高，取决于主相晶粒磁各向异性的提高及烧结体微细组织的控制。
降低非磁性氧化物比例，是提高Nd Fe B磁体主相体积比率的有效方法。为此在干式法和湿式法工艺过程要降低氧含量，使烧结体的氧含量从原来的5,000ppm减少到1,000ppm以下。在原来的工艺，氧含量基本上随比表面积增大而增高，而采用上述低氧工艺，随氧含量增高有可能使粉碎粒径微细化。
为了提高磁性能，除了降低氧含量以外，还必须减少共存的富B相，并尽量减少维持矫顽力所需的富Nd相，为此对化学成分要精确设计和严格控制。
cyrillic此外，成型时的磁场取向度必须更高一些，例如W Rodew ald采用翻转脉冲磁场使之取向的方法。
目前采用上述方法和经过改进的工艺，日本播本大袥制得的Nd Fe B烧结磁体(BH)max达到474 kJ/m3，为全球最高性能，其主相体积比为98%，取向度为99 1%。
camellia关于Sm Fe N系磁体，其开发目标及各种磁体的理论值示于图2。
由图2可以看出，在理论值上,Nd2Fe14B磁体饱和磁化强度4 M s为16,000G，而SmFe7N
和
图2 R2Fe17N和Fe16N2磁性理论值及开发方向
Fig 2 Theoretic value of m agnetic properties and
development direction for R2Fe17N and Fe16N
Sm2Fe17磁体4 M s值也基本相当。晶体磁各向异性磁场差异较大,Nd2Fe14B磁体和SmFe17磁体约为60kOe，而Sm2Fe17N磁体为260kOe。为前两种磁体的4倍多。N d2Fe14B磁体发明至今已经20多年，经过各种工艺技术改进，已经接近矫顽力的理论值，而Sm2Fe17磁体目前达到的矫顽力值不超过10kOe，比之Nd2Fe14B磁体，不能不说相差太大。今后将通过改进磁粉表面处理工艺，提高固化技术，力争达到20kOe矫顽力，以用于混合动力汽车等的电机上。
altimeterFe N系的矫顽力最高理论值只有10kOe，但饱和磁化强度很高，磁能积最高理论值达到100 M GOe，远远超过Sm Co磁体(30~40M GOe)和Nd Fe B磁体(63M GOe)。今后通过添加其它元素或采用新工艺，即使磁能积只达理论值一半，也仍是强力磁体。
要想超越目前Nd Fe B磁体的最高磁能积，通常认为唯一途径是制成纳米复合磁体。例如以Fe65 Co35为软磁相，以Sm2Fe17N7为硬磁相，制成纳米复合磁体，其理论磁能积可达1M J/m3(120M GOe)，日本人山恭彦对此进行超急冷法、薄膜化、微粉末化等试验，然而尚未取得明显结果，有待进行深入研究。
3 低Dy高矫顽力磁体的研究
日本是稀土进口大国，对降低稀土磁体中稀土元素特别是Dy含量极为重视，是文部省科技规划中的重大课题。 元素战略规划 关于 低稀土元素含量的高性能各向异性纳米复合磁体开发 工艺原理示于图3。
高矫顽力原理：晶界处的富Nd相高温时成为液相，因此烧结时不只起充填作用，而且起到修复Nd2Fe14B相表面缺陷的作用，抑制反磁畴出现。为
59
第4期 王 焰等：国外稀土永磁最新动向
此要减小磁体粒子的尺寸，使其接近单磁畴的粒径，其次要改良Nd 2Fe 14B 相与晶界相的界面状态，提高
耦合性。
图3 低稀土元素含量的高性能各向异性纳米复合磁体工艺原理
Fig 3 Process chart of anisotropic nanocomposite with high magnetic properties and low rare earth content
高矫顽力低Dy 含量Nd Fe B 磁体的研究，据日本 元素战略规划 ，包括下述几个方面:
(1)细化Nd Fe B 晶粒，开发最佳原料粉末
为使原料粉末微细化，降低氧含量和氮含量，引入氦气循环式雾化装置，保证晶粒成分一致，氧含量极低，达1500ppm ，粉末粒径小于1 2 m，作为烧结磁体的原料。
(2)选择高矫顽力磁体最佳烧结组织 改进点算法，可以对速凝片(SC)富Nd 相存在状况进行评估，了解到离冷却辊面50 m 处组织不均匀，而通过热处理可以改变SC 片材富Nd 相组织形态，使富Nd 相内Dy 分配率高于Nd 2Fe 14相内的Dy 。通过减薄SC 材的厚度，可减小N d 2Fe 14B 片间距。通过组织观察可以看出，用微细的雾化粉制成的烧结体，晶粒很细，晶界处存在富Nd 相的机率很低。
图4是控制N d Fe B 磁体微观组织的原理图。(3)Nd Fe B 烧结磁体界面纳米结构控制技术添加Al 、
Cu 的试样在强磁场下经过500 及550 的特定热处理以后，矫顽力显著提高，意味着所采用热处理温度同晶界处Nd Cu 相及A l Cu 相共晶温度一致。同时强磁场起了作用，尤其是粒径为5 m 的试样，磁场中矫顽力比值(FCR)最大达52%，是目前最高值。
Dy 含量10%的试样，外加14T 磁场经475 热处理后，矫顽力提高0 6T 。
在兰宝石衬板上形成的粒径为3 m 的Nd 2Fe 14B 单晶外面涂覆富N d 层，然后在500 退火，此时矫顽力提高了1 2T 。
选择适当的富Dy 原料及粒度，控制混料条件，使烧结前Dy 弥散分布，烧结和退火后磁粒子表面82%涂覆着富Dy 薄壳。此时磁体Dy 含量降低20%，但磁特性不降。
图5是高矫顽力Nd Fe B 磁体界面组织控制技术。
佐川真人在Nd Fe B 磁体添加2%~4%Dy 以外，再添加1%，使其扩散到晶界，在磁粒子表面形成非磁的富Dy 薄壳，结果矫顽力提高约7kOe 。这种磁体可以达到混合动力车的耐热要求。
H Sepehri Am in 掌握Nd Fe B 组织变化中B 、Ga 、Co 等元素的移动特点，解释了形成机制。完全不用Dy 或T b，基本上由N d 2Fe 14B 化合物组成的微晶Nd Co Ga Fe B 磁体，其矫顽力高达1,320kA/m 。
4 结 语
(1)通常认为，以Fe 65Co 35为软磁相，以Sm 2Fe 17
60
金属功能材料 2011年
N 为硬磁相，制成纳米复合磁体，其理论磁能积可达1M J/m 3
(120M GOe)，有待人们进行深入研究
;
图4 控制Nd Fe B 磁体微观组织的原理
Fig 4 Guiding principles controlling microstructure of Nd Fe B
magnets
图5 高矫顽力Nd Fe B 磁体微组织控制技术
英语培训视频
teenieFig 5 Technology controlling the m icrostructure of Nd Fe B magnets for high coercivity
(2)低Dy 高矫顽力Nd Fe B 磁体是当前全球
热门研究课题，通过氦气循环气流的雾化破碎方法可以细化粉径，降低氧含量，并通过控制磁体晶界组织状态来降低磁体含Dy 量，提高矫顽力;
(3)Sm 2Fe 17N 和Fe N 系是具有很大潜力的磁体，今后可通过磁粉表面处理工艺，添加其他元素，提高固化技术，以提高其磁性能。
参考文献:
[1]Sagaw a M ,Fujim ura S[J ].J Appl Phys,1984,55:2083.[2]桜田新哉，平井隆大,et al[J ].日本応用磁気学会誌,1997,21:
181.
[3]大松澤亮，村重公敏，人山恭彦 [J] 電気製鋼,2002,73:235.[4]佐川眞人，浜野正昭，平林眞：永久磁石[M ]. !∀#一,
2007,251.thomadison
[5]電気製鋼[J ].2008,79:159.
[6]町田憲一，李德善[J ].金属,2008,78:760.
61
第4期 王 焰等：国外稀土永磁最新动向
[7]電気製鋼[J].2008,79:157.柴会龙
[8]人山恭彦 [J].日本応用磁気学会誌,2004,28:1122.
[9]T erry K.Clagett,W ebM agnetics,Inc.,: Perm an cent M agn etic
M aterial Consum ption M ay T eetering on th e Brin k [C].2008 M agnetics Con feren ce,Denver,U.S.A.
[10]薮见崇生 [J].電気製鋼,2005,76:171.
[11]H irosawa S,Shig emoto Y,et al.[J].S cr M ater,2003,48:839.
[12]Jh a A,Davies H A,Bu ckley R A[J].J M agn M agn M at,1989,
80:109.
[13]Hirosaw a S,Kanekiyo H,et al [J].J Alloys C om pounds,2006,
408-412:260.
[14]Kanekiyo H H irosaw a S[J].J Ap pl Phys,1998,83:6265.
[15]H irosaw a S,Kanekiyo H,M iyoshi [J].J M agn M agn M at,
2004,281:58.
[16]広沢哲，金清裕和，三次敏夫 [J].粉体 粉末冶金,2005,
52:182.[17]C han g W C,Wang S H,et al.[J] IEEE Trans M agn,1999,35:
3265.
[18]Oh kubo T,M iy os hi T,et al.[J] M ater Sci Eng,2007,A449-
A451:435.
[19]Kramer M K,Li C P,Denn is K W,et al [J].J Appl Phys,
1998,83:6623.
[20]Is hii R,M iyoshi T,et al.[J] J M agn M agn M at,2007,312:
410.
[21]日立金属技報[J] 2008,24:65.
[22]增澤正宏，三田正宏.[J].日立金属技報,2009,22:35;ib id.,
2009,25:63.
[23]杉本谕[J] Jpn Soc Pow der M etallorgy,2010,57(6):395~
400.
[24]长谷川文昭，等[J] 电気制钢,2009,80(1):109~112.
收稿日期:2010-01-19
耐弯曲和拉伸性能优异的铜丝
日本日立电线公司开发成功一种能耐反复弯曲、柔软而不易折断的铜丝，其商品名称为 H iFC 。HiFC是高纯度(约99. 99%Cu)铜丝，其熔炼过程中添加了微量T i,T i能有效地脱除铜中所含杂质S，使纯铜的晶粒组织均匀化，并可消除应变，而在加工过程中使得被加工铜不易产生裂纹。因此，添加微量T i实现了既控制铜材结晶组织又能改善其耐反复屈曲和柔软性。(取自日刊 金属 ,2011,81(3):2)
日本发现金属的 第三状态
日本东京大学的中辻知准、松本洋介和榊原俊郎教授最近发现当金属中有电子流动时会显示出过去还无人知晓的 第三状态 。通常金属在电流动状态即第一状态，在超低温下的超电导为第二状态，目前发现了Yb化合物冷却到接近2K的绝对温度时则呈现出第三状态。随着温度的降低金属在轨道间流动的电子表观质量异常点急剧增加。(取自日刊 金属 ,2011,81 (3):2)
采用多孔隔板的锂离子蓄电池
日本首都大学的一个研究小组在锂离子电池中采用了多孔材料作为隔离正极与负极的隔板，其能量密度达到310Wh/ kg，大约为石墨作负极的传统电池的1倍。今后再进一步改进正极和电池构造，并采用多孔隔板的蓄电池将可用于电动汽车上，仅需一次充电(其能量密度达500W h/kg)即可满足行驶在东京与大阪之间的动力需求。(取自日刊 工业材料 ,2011,59 (4):6)
日本利用液态硅试制成功廉价的非晶太阳能电池
日本北陸尖端科技大学下田达也教授新近利用涂膜技术试制成功非晶态硅太阳能电池，大大降低了生产成本。这种新技术是把Si原子呈链状的高分子 硅烷 溶于有机溶剂中，随后将这种硅烷溶液在玻璃基板上涂成均匀的涂膜，通过加热而形成非晶态硅膜。如果在其中进一步添加B和P则可获得p 型或n 型的非晶态硅膜。(取自日刊 工业材料 ,2011,59(4):30) 62金属功能材料 2011年
