NdFeB稀土永磁材料分析研究

鄧汝彬，梁德寧，黃國康，羅錦標，鄧寧君

（1.肇慶市技師學院（肇慶三環京粵磁材有限責任公司）；2.廣東理工學院，廣東 肇慶 526000）

NdFeB稀土永磁材料，是第三代稀土永磁材料，是目前應用最廣泛、產量最高的稀土永磁材料，也是當前世界永磁材料行業中主流的研究對象，其科研價值以及應用潛力顯著，是當前世界各國工業中重要的功能材料之一，是促進國家多個行業發展和進步的重要影響因素，也是推動科學技術不斷提升的重要內容，引發了行業內的思考和議論。

1 NdFeB稀土永磁材料生產現狀

我國是世界NdFeB稀土永磁材料生產最多的國家，也是全球稀土資源最為豐富的國家，因此開發和利用NdFeB稀土永磁材料，提高現有開發力度以及研發強度，成為當前國家發展的重要目標。根據我國稀土行業協會的發展數據顯示，2019年，我國NdFeB稀土永磁材料產量已經超過18.3萬噸，同比增長9.6%，其中出口德國、美國等發達國家，占比超過20%。另外，我國2019年燒結釹鐵硼毛坯產量為17萬噸，占據了NdFeB稀土永磁材料生產的90%以上，同時國內稀土永磁材料相關企業眾多，尤其是高性能的稀土永磁材料生產商，包括中科三環、銀河磁體、正海磁材、寧波韻升等企業。隨著我國經濟基礎建設的深入發展，稀土永磁材料，成為我國重大科學技術發展的核心內容，受到國家科學院等眾多專家的重視。結合國內相關領域的政策以及發展體系，推動我國NdFeB稀土永磁材料的發展，成為必然的發展趨勢，為我國稀土永磁材料核心競爭力的提升起到重要的幫助和支持作用。

2 NdFeB稀土永磁材料性能和制造工藝

以釹鐵硼為代表的稀土永磁材料，具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能積的優點，是當前技術應用領域中磁性最強的永磁材料。釹鐵硼稀土永磁材料，是整個稀土行業的中游產業，其上游產業是針對稀土進行冶煉和提純，通過對稀土材料的煉化，得到稀土原材料。在產業鏈的下游，利用釹鐵硼稀土永磁材料的特性，廣泛應用于新能源汽車、節能電梯、磁懸浮列車、變頻空調、風力發電機等相關領域，利用釹鐵硼稀土永磁材料高永磁性能的特征，改善傳統設備的體積，減少設備的質量，為設備的小型化，輕量化，給予了重要的幫助。

粘結NdFeB稀土永磁粉的制造工藝，主要分為快淬法以及HDDR法。快淬法磁粉制備的磁體主要是利用快淬磁粉自身的抗腐蝕性熱穩定性，而利用HDDR法制備的磁粉制備磁體是利用HDDR粉的粘結性，添加Ga、Zr等稀有金屬，制成異性粘結磁體。粘結磁體的制備，主要采用壓制成型、注射成型、壓延成型以及擠壓成型等多種方式。同時，壓制成型和注射成型是現代稀土工業領域最為常見的成形技術。以注射成型磁體工藝為例，需要在生產過程中，加入大量的粘結劑，因此對應的磁性會受到一定程度影響，總體磁性水平對比壓制成型磁體來說，較低。粘結磁體雖然具有大批量生產條件以及產品尺寸、性能優良等一系列優勢，但是同樣具有一些劣勢，如生產效率低、生產成本高等，影響了該技術的發展潛力。

3 新生產工藝的發展及材料性能的改進

近年來，隨著我國稀土永磁材料的創新發展，稀土材料的穩定性差、耐腐蝕性差、易氧化、矯頑力低等問題，極大地限制了稀土材料的發展，因此針對稀土材料的各種問題，進行技術改造以及技術強化，提升稀土永磁材料的性能和價值是很重要的話題。大量試驗數據表明，氯化物污染是影響永磁材料性能的主要因素，特別是在氯化物較多的環境中，氧化現象極為明顯，并且磁體狀況、表光滑度、清潔度、磁化狀態等一系列性能都會受到影響。為了減少對應的威脅和風險，在永磁材料外部增加一層保護膜，有效提升永磁材料的防腐特性。例如，在材料表面涂上金屬涂層，以Ni、Zn、Al、Ca等一系列金屬或者氧化物為涂層材料，利用電鍍、化學鍍等各種舉措，實現永磁材料抗腐蝕性的有效提升。近年來，隨著科學技術的發展，有機溶液鍍Al法成功研發，該技術的應用，不僅體現出卓越的防護功能，同時對應的防護性能與傳統的防腐方法對比，具有明顯的優勢，特別是在較為嚴重的腐蝕環境中，利用有機溶液鍍Al法，可以充分應對惡劣的應用環境，實現磁體材料的基本特性。

針對NdFeB稀土永磁材料的基本性能，一方面，要不斷為磁體材料的特性進行保護和優化，減少外部環境的影響和干擾，另一方面，需要針對NdFeB稀土永磁材料開展材料自身的強化工作，例如，在永磁材料中增加相關元素，從而實現永磁材料性能的提升。將NdFeB稀土永磁材料中添加新的元素，形成三元以上的永磁材料，如（NdE）-（FeM1M2）-B系永磁材料，添加元素主要為兩種，取代元素與摻雜元素。取代元素主要是以Nd與Fe為主要代表，其核心作用主要是提升材料的磁晶各向異性場、居里溫度等內稟參量。摻雜元素的目的，是有效改變永磁材料的微觀結構，從而實現永磁材料矯頑力、抗腐蝕性等相關性能的提升。主要為一元M1、二元M1-Nd以及三元M1-Fe-Nd等組合。

4 NdFeB稀土永磁材料在新能源汽車中的應用

近年來，鑒于NdFeB稀土永磁材料的性能特性，其在新能源汽車領域中得到廣泛應用。一方面，在新能源汽車產業鏈體系中，NdFeB稀土永磁材料實現整個產業鏈的全覆蓋。在體系上游，基于NdFeB稀土永磁材料的原材料稀土，進行多種方法的提煉和提純，從而實現NdFeB稀土永磁材料的有效獲取，同時在產業鏈下游，利用NdFeB稀土永磁材料，生產永磁同步電機與異步電機，成為新能源汽車的核心動力。稀土永磁電機體積小、重量輕，使用了高性能的永磁材料提供磁場，使得永磁電機的氣隙磁場較異步電機進一步增強，永磁電機的體積和重量也較異步電機可以極大地縮小，例如以11kW的異步電機為例，其重量為110kg，而永磁電機僅為48kg，相當于交流異步電機重量的44%。

基于永磁材料的特殊性，其為新能源汽車提供強大的動力與加速度，同時還具備能夠減少電機的體積和重量，提升電機的使用效率，降低結構的復雜程度等多方面的優勢，成為現代新能源汽車領域驅動電機的首選內容。例如，北汽EU260、起亞K5、特斯拉Model3等型號電動車，都已經應用了永磁同步電動機。值得注意的是，電動汽車領域的龍頭企業特斯拉，與我國中科三環企業，已經達成永磁同步機的采購協議，進一步說明NdFeB稀土永磁材料的重要發展趨勢，也說明NdFeB稀土永磁材料在新能源汽車領域中的重要價值。雖然目前在傳統汽車領域中，NdFeB稀土永磁材料的應用場景較多，但是隨著全球新能源汽車產業的創新式發展，高性能的NdFeB稀土永磁材料必然會向新能源汽車領域傾斜。根據我國工信部2019年數據統計，我國新能源汽車銷售數量已經超過221萬輛，其中應用永磁同步電機的新能源汽車占比90%以上，進一步說明永磁電機的發展潛力以及發展趨勢，同時也說明在新能源汽車領域中，應用永磁電機是當前行業發展的趨勢，也是新能源汽車領域的必然需求，將會成為行業發展的持續動力。受我國經濟結構的調整以及節能減排需求等相關內容的影響，永磁電機的需求程度會進一步提高，特別是在特斯拉電動汽車企業更換永磁驅動電機后，在行業內形成強烈的發展方向，引發各個新能源汽車企業的競相追逐，成為推動行業持續發展的重要影響因素，也是激發NdFeB稀土永磁材料需求量激增的重要驅動力。

基于永磁電機在當前新能源汽車領域的應用價值以及應用潛力，NdFeB稀土永磁材料的性能會得到進一步的開發和研究，尤其是永磁體的高磁能積、矯頑力、居里溫度等，可以進一步推動永磁電機的具體性能，同時對產品的耐熱性、抗腐蝕性等多個領域進行強化，提升永磁電機的使用壽命，降低永磁電機的制造成本，從而實現電機設備的批量化生產。

5 結語

綜上所述，通過對NdFeB稀土永磁材料的分析和論述，從材料性能、生產工藝、改進措施以及在電動汽車領域的具體應用進行深入探索，進一步說明NdFeB稀土永磁材料的重要應用潛力，強化材料的磁性強度，提升材料的各種抗性，以多元化、精準化、經濟化的發展理念，助推NdFeB稀土永磁材料的創新應用和可持續發展。