钕铁硼永磁材料的生产现状发展及应用

1、材料科学与进展结课论文-铉铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用学院：材料与冶金学院专业：材料成型及控制工程班级：姓名：学号：成绩：指导教师:内蒙古科技大学2016年12月目录摘要4Abstract40前言51铉铁硼永磁材料生产现状52铉铁硼永磁材料概况52.1 铉铁硼永磁材料发展概况52.2 铉铁硼永磁材料的研究方向与前景62.3 钦铁硼磁性材料产业技术发展63铉铁硼永磁材料的应用7铉铁硼永磁材料主要应用领域7汽车工业7电机行业8节能家电8信息技术产业8风力发电84结语95致谢9参考文献9铉铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用乔磊摘要为了探讨铉铁硼永磁材料的发展前景，发现行业存在的问题，对铉铁硼永

2、磁材料生产和应用现状进行了分析。结果表明，铉铁硼永磁材料将进入一个崭新的发展阶段，应用前景广阔。关键词：位铁硼；永磁材料；生产；应用；AbstractTodiscussthedevelopmentprospectsofNdFeBpermanentmagnetmaterials,andfindtheproblemsindevelopment.TheproductionandapplicationstatusofNdFeBpermanentmagnetmaterialswassummarizedandanalyzedfocusingonapplicationfield.Theresultsshow

3、thatNdFeBpermanentmagnetmaterialswillstepintoanewstageofdevelopment,andthefutureisbright.Keyword:NdFeB;permanentmagneticmaterials;production;applications;0前言新材料产业在“十二五”发展思路中明确提出，中国未来五年将“大力发展稀土永磁、催化、储氢等高性能稀土功能材料和稀土资源高效率综合利用技术”。预计未来5年内，科技部将划拨总额3.5亿元的扶持资金，用于重点支持稀土材料在以上4个领域的应用研发。在4大应用领域中，稀土永磁发展成为规模最大、潜力

4、最大的部分。铉铁硼(NdFeB)属第三代稀土永磁材料，含有约30%的稀土元素(位是主要组成成分，钺、铺等次之)，其具有质量轻、体积小和磁性强等特点，是迄今为止性价比最高的磁体，在磁学界被誉为磁王。1位铁硼永磁材料生产现状在钺铁硼刚开始生产应用之初，世界铉铁硼生产能力主要集中在日、美、中、欧等少数国家手中。其中，日、美在永磁的开发、生产和推广应用方面的技术一直处于世界前茅，同时也是最大的永磁消费市场，并形成了几家能力大、质量好、竞争力强的超大规模企业。目前，日本住友特殊金属公司、日本信越化学实业公司、TDK等在位铁硼的销量上分居世界第一、二、三位，而中国的北京中科三环高技术股份有限公司与日本的T

5、DK并列排在第三位。中国在20世纪80年代初开始从事稀土永磁材料的研究。目前，中国铉铁硼产业已经占全球近80%市场份额，是全球烧结钻铁硼磁体的产业中心。2010年，中国铁硼磁体产量已经超过世界总产量的80%o随着中国对稀土出口限制管理日趋严格，未来中国高性能钻铁硼永磁材料产量将继续扩大，占全球总产量比例有望继续提升。目前，中国钻铁硼永磁材料生产企业已达120多家，国内有5家企业的生产规模已近千吨。而上百吨生产规模的企业有20余家，但所产磁体大部分都是中低档产品，绝大多数应用在性能要求不高的领域。所以，中国烧结铉铁硼产量虽处于世界前列，但所得利润却很有限。从世界范围来看，高性能钻铁硼永磁体发展前

6、景看好，市场竞争力也较强。国内5家钺铁硼大型企业有NEOMAX烧结铉铁硼专利授权，其原料磁粉长期保持高垄断价位，毛利率在30%以上，净利率一般在15%以下。其他没有专利的企业需要向上述5家企业缴纳10%的代理费，以这几家企业的名义出口，而小企业的利润率也仅10%左右，高昂的代理费使其无法将产品销往国际市场12位铁硼永磁材料概况铉铁硼永磁材料发展概况1983年日本住友特殊金属公司研制成功一种新型稀土永磁材料：铉铁硼(NdFeB),这一重大研究成果在永磁材料发展史上具有划时代的意义。铉铁硼磁体自问世以来，因其具有高的剩磁、矫顽力和最大磁能积，且原料资源丰富、成本低廉，已在很多方面获得广泛应用。20

7、世纪80年代中期我国已能生产铉铁型永磁合金，由于它的磁性能比SmCo5和Sm2Co17更为优良，且所用的材料如钻、铁和硼更易供给及价格低廉，故发展迅速。烧结钻铁硼磁体的理论磁能积为512KJm-3(64MGOe),是稀土永磁材料中最有代表性的一类材料，也是目前实现产业化磁能积最高的一类磁体。在近20多年的研究中,其磁性能指标不断刷新，磁能积从238KJm-3(30MGOe)发展到目前的磁能积大于440KJm-3(55MGOe),是磁性材料中发展最快的。日本在钻铁硼磁体上的研究发展最为迅速,目前住友特殊金属公司采用先进的片铸(SC)工艺磁体制备技术制备钻铁硼磁体的磁能积已达460KJm-3(57

8、.8MGOe)。我国NdFeB永磁材料从20世纪80年代中后期开始发展，属国家鼓励发展的新材料，主要有烧结、粘结NdFeB及其他稀土永磁材料，已经成为国民经济各产业，尤其是电子和汽车工业的一种不可替代的基础材料，其种类繁多，广泛用于电子、汽车、计算机、电力、机械、能源、环保、国防、医疗器械等众多领域，带动着各行业的发展2。铉铁硼永磁材料的研究方向与前景目前国内生产中存在的主要问题是性能与国外相比还有较大的差距，特别是热稳定性差，再有就是耐蚀性较差。提高NdFeB的表面防护水平，满足各种应用环境的要求，是提高NdFeB产品质量、性能，进而提高其档次的关键之一。由于NdFeB的市场前景及重要地位，

9、国外各生产商皆把NdFeB的表面防护技术作为重要技术秘密，因此要提高产品竞争力、占领国际市场、发挥稀土大国的资源优势，必须发展具有我国自主知识产权的钻铁硼永磁材料防护技术。依据我国的国情，发展铉铁硼系稀土永磁材料产业非常适宜。中国还是世界上开发和生产铉铁硼系稀土永磁材料起步较早的国家之一，而且现在产量处于世界前列，但是产品的质量和性能与美国、日本等国家相比还有一定的差距，因此需要投入更多的人力和物力以加快对钻铁硼系稀土永磁材料的基础研究及工业化生产研究。钦铁硼磁性材料产业技术发展随着全球稀土产业的发展，稀土供需状况总体趋于平衡，钺、铺等中重稀土将出现短缺。为降低成本并有效保护我国稀土资源，减少

10、高端铉铁硼中钺、锢等中重稀土元素的用量非常重要。全球气候变化、生态环境恶化以及资源紧缺等问题日趋严重，风能及新能源汽车等产业快速发展，要求开发出可满足风电及新能源汽车产业需求的耐高温、高性能钦铁硼磁体。因此，作者认为近期我国钺铁硼磁性材料产业技术发展将主要集中在以下几方面：(1)控制烧结钻铁硼生产工艺过程，改善产品质量。近年来，虽然我国在高性能烧结钻铁硼的研究和开发方面都取得了一些进展，但在制备工艺、材料性能、结构等方面还存在许多问题需要解决，特别是我国高性能烧结钻铁硼永磁材料的产业化关键共性技术还未得到很好的解决，影响了产品在高端领域的应用，这些问题需要迫切解决。(2)降低烧结钻铁硼永磁材料

11、的重稀土含量。如何在保证磁体高矫顽力的前提下，不仅大幅降低烧结钻铁硼磁体中重稀土或摘的添加量，并解决由于过多重稀土添加造成磁体磁能积显著下降的难题，以及如何得到组织致密、晶粒细小均匀、晶粒形状尽可能呈等轴多边形、晶界上尽可能充满均匀而薄的异质相的显微组织结构，将成为烧结钦铁硼永磁材料的发展方向。(3)开发耐高温的高矫顽力烧结钻铁硼永磁材料。虽然稀土永磁电机具有十分显著的节能效果，但目前我国生产的绝大部分烧结钻铁硼永磁体产品的工作温度还很低，温度稳定性还较差，因而限制了我国烧结钻铁硼永磁材料在汽车点火线圈、大功率电机以及压缩机等高附加值的电机领域的应用。因为电机运行时除环境温度升高外，还会产生涡

12、流引起发热。所以，对磁体最重要的要求便是不能发生发热退磁，以确保电机稳定运转。这样就要求电机用稀土永磁体不仅应具有高磁能积，还必须具有超高的内享矫顽力。(4)开发各向异性粘结被铁硼磁体产业化技术。加强高性能各向异性粘结被铁硼磁体产业化关键技术研究，加大对浮动双向磁场温压成形和多极辐向充磁产业化技术和装备以及高效自动分步成形技术和装备技术的开发，将有助于提升我国各向异J胜粘结被铁硼磁体产业技术水平3o3位铁硼永磁材料的应用被铁硼永磁材料主要应用领域被铁硼作为第三代稀土永磁材料，广泛应用于电机中。与传统电机相比，具有高效节能、质量轻、体积小、控制调速性好、可靠性强等特点，可广泛应用于风力发电、电动

13、汽车、工业电机、家用电机等领域，其很高的性价比使得其应用领域还在不断拓展，因此近几年在科研、生产、应用方面都得到了持续高速发展。据中国磁性材料与器件行业协会统计分析，2009年中国高性能被铁硼永磁材料应用领域分布情况如表1。表1:2009年我国高性能铉铁硼永磁材料应用领域分布情况Tab.l:TheapplicationfieldofNdFeBpermanentmagnetmaterialsin2009所占比例(%)节能风能发电设备28.3个人电子消费类产品24.5VCM电机制造20.6节能电梯曳引机制造16.0EPS制造6.1节能环保空调制造2.3混合动力汽车制造0.5其他1.7近年来由于被铁

14、硼永磁材料综合性能的进一步提升，位铁硼磁体正在逐步替代其他磁性材料而成为主流磁性材料，应用领域不断扩展。在“节能、环保”的大背景及国家政策的鼓励下，风力发电、新能源汽车及节能家电等行业未来将迅猛发展。随着全球高性能永磁电机的逐步普及，高性能钦铁硼永磁材料需求量不断提高。汽车工业现阶段乃至将来汽车工业仍是稀土永磁电机的最广泛应用领域之一。铉铁硼永磁材料因其良好性能非常适宜用于制造电机，即汽车电机的“被铁硼化”。从汽车制造理论来讲，汽车往往通过小马达来降低整体质量，降低尾气排放，以提高汽车自身的安全性能，增加一定的舒适度，进而使汽车的性能进一步提升。数铁硼组成的永磁体不但体积小且具有高磁能，相比传

15、统磁体所产生的动力大得多，简言之，就是稀土永磁体的电效率非常高。因此，汽车制造中采用稀土永磁体，因其质量轻、尺寸小等特点，可以更好的节约能源，同时还可以提升设计的灵活性。将来汽车制造中磁体性能将随着汽车的小型化、轻量化、高性能化趋势也会要求提高、这将会给稀土磁体带来发展契机6电机行业位铁硼永磁体的优异性能革新了整个电机领域。稀土永磁电机将是最终趋势。在工业节能电机方面，我国重点耗能行业的风机、水泵、压缩机等通用设备耗电约占40%以上，年用电量超过5000亿kWh。据推断，使用钻铁硼永磁无铁芯电机可提高其拖动通用设备的系统运行效率20%40%,且节电潜力1000亿2000亿kW/ho而因铉铁硼永

16、磁电机构造中无激磁线圈和铁心，其磁体实体体积相比传统磁体的磁场极要小，且由于其优异性能，要使输出功率不变，磁体体积和质量可减少约30%,或体积、质量不变时，得到的输出功率将增大约50%。目前，中国风电发电设备市场规模已达千亿元。在目前装备的各类风力发电机组中.永磁风力发电机就能使风力发电的效率提高到85%以上。同时，永磁发电机可将风力机与发电机直接祸合，由此可去掉变速箱，使其工作更稳定，还降低系统噪音，以达减少系统维护费用。到2015年中国风电有望实现1亿kW装机容量，若按照每台1MW级永磁风力发电机需用钦铁硼0.61.5t计算，这将要消耗6万15万t位铁硼，从这方面来看，稀土永磁材料有着广阔

17、的应用空间7。节能家电节能家电也是未来铉铁硼重要的替代应用领域，稀土永磁电机将被广泛运用于空调机、空气压缩机、风机等家用电器领域。目前在日本和欧美等国90%左右的空调均为变频空调、但中国目前应用较少。变频空调由于具有舒适、节能等特点，已成为未来的一种趋势。在变频空调领域，2010年中国变频空调出货量3000万台，每台平均消耗钺铁硼成品0.17kg,折合毛坯0.28kg左右，每年需要钻铁硼毛坯8500to目前中国变频空调的市场份额只有10%,日本市场的占有率却高达90%以上网。由此可见，变频空调对铉铁硼的需求弹性还很大，将成为拉动位铁硼产业需求迅速成长的强劲引擎。由于中国家电市场巨大，变频家电的

18、发展，必将为铉铁硼永磁开拓一个新的应用领域。信息技术产业信息产品对高性能稀土永磁材料需求不断攀升，未来随着信息产品存储容量和处理性能要求的不断提高，硬、软磁盘和光盘驱动器均需要高性能烧结和粘结永磁材料；随着技术水平的提高，记录密度也不断攀升，如超过仃B的硬盘，蓝光DVD等，因而对磁性材料的性能要求也越来越高。据统计，每年用于制造计算机驱动器所消耗的稀土磁体达4kt,是稀土磁体的最主要市场，占据其总销量的50%10。风力发电风力发电是一种较为廉价且储量十分丰富的新型清洁能源，未来面临着良好的发展机遇。国内企业所生产的钦铁硼磁体，已能够满足风力发电机组对性能的要求，如果永磁风电机组得到广泛的应用，

19、将为铉铁硼产业带来巨大的需求。但因风力发电机往往需要克服高温、严寒、风蚀潮湿等恶劣的环境，使得其工作寿命比较短。而现阶段，风力发电机基本都采用稀土永磁体来制成，其不仅发电效率高及自重轻，还具有优异的耐蚀能力，能够很好完成发电工作任务。据国家机械产品质量监测中心的数据显示，使用钻铁硼永磁作为悬浮轴承的发电机，其输出功率增加约20%,即风速不变情况下，发电量增加20%0由此可见，稀土永磁材料将会是风力发电领域的长期需求9o目前，稀土材料的新应用增长点在不断增多。目前正在研制的磁悬浮列车对位铁硼的用量将超过所有领域，而若在正式线路应用，稀土磁体的需求量将会空前庞大。目前，中国已经形成自己的钻铁硼产业体系，依靠资源和成本优势，行业发展迅速，特别是进入21世纪以后，中国的磁性材料行业年增长率都超过了20%4。4结语从总体上讲，我国稀土磁体的生产、使用、市场竞争等方面，与国外相比还有相当差距，有待加强和提高。NdFeB永磁材料的高性能使得高新技术产业中的磁器件高效化、小型化、轻型化成为可能，使许多过去不可能应用永磁材料的领域开始使用磁器件，因而开辟了一些全新的永磁应用领域。新型稀土系永磁材料的研究日益深入和广泛，预期不久的将来新的材料会不断开发出来，相信随着稀土永磁材料应用的扩展，定会迎来一个永磁高新技术应用的新时代。5致谢本论文是在我的导师董博士的亲切关怀和悉心指导下完成的。她严