GBT 47896-2026 高矫顽力永磁材料高温磁性能测量方法标准立项发展报告

高矫顽力永磁材料高温磁性能测量方法国家标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MeasurementMethodsforHigh-TemperatureMagneticPropertiesofHigh-CoercivityPermanentMagneticMaterials摘要关键词：高矫顽力永磁材料；高温磁性能；测量方法；国家标准；标准化Keywords:High-coercivitypermanentmagneticmaterials;High-temperaturemagneticproperties;Measurementmethods;Nationalstandard;Standardization1引言永磁材料是现代工业不可或缺的基础功能材料，广泛应用于电机、传感器、磁共振成像、磁悬浮等众多领域。近年来，随着新能源产业和高端制造技术的跨越式发展，永磁材料的工作环境日益严苛，高温服役条件下的磁性能稳定性成为衡量材料品质的核心指标之一。高矫顽力永磁材料（如烧结钕铁硼、钐钴等）在高温环境下的磁通不可逆损失、矫顽力温度系数等参数，直接决定其在牵引电机、风电发电机及航空航天执行机构中的适用性和安全性。然而，磁性能测量结果严重依赖测量系统的硬件条件、样品磁化状态和测试环境。尤其对于高矫顽力材料，其室温下矫顽力可达数千千安每米，饱和磁化所需的磁场强度极高，而在高温条件下，测试面临的挑战包括：磁体的热退磁效应、测量线圈的信号漂移、温度场的均匀性与稳定性控制等。目前，国内外虽已发布多项永磁材料测量标准，但多集中于室温条件下的测量，针对高温工况的系统性测量方法标准仍存在明显空白。2标准编制背景2.1产业需求迫切我国是全球最大的稀土永磁材料生产国和消费国，年产量占世界总产量的90%以上。根据中国稀土行业协会统计数据，2023年我国烧结钕铁硼毛坯产量已超过25万吨，且保持持续增长态势。然而，在高端应用领域，如新能源汽车驱动电机（工作温度可达180°C~200°C）、风电直驱发电机（要求20年使用寿命内磁性能稳定）以及航空发动机传感器等极端高温环境应用中，对永磁材料的高温磁性能提出了极为严格的要求。当前行业内普遍使用的测量手段在高温条件下存在明显的技术局限。首先，高温环境对测量设备（如电磁铁、亥姆霍兹线圈等）本身的温漂影响难以完全消除，导致测量精度显著下降；其次，闭环磁导计在高温下长时间工作时，其B线圈和H线圈的绝缘性能及几何稳定性均面临考验；此外，脉冲磁强计虽能产生极高磁场，但其在高温下的测量不确定度较难评估。这些技术瓶颈导致了不同厂家、不同研究机构所报道的高温磁性能数据存在显著差异，测试结果的可靠性与可比性已成为制约高温永磁体研发和质量控制的共性问题，行业亟需统一的测量技术规范。2.2国家政策支撑《国家标准化发展纲要》明确提出，要加强新材料、新能源等领域的标准研究，推动产业优化升级，健全标准体系，以标准助力创新发展。工信部等部门联合发布的《关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见》亦强调完善稀土功能材料标准体系的重要性。2.3国际标准比对状况目前，国际电工委员会（IEC）已发布的IEC60404系列标准中，虽涵盖磁性材料测量的一般方法，但其针对永磁材料高温测量的技术内容较为有限——IEC60404-5主要适用于室温条件下永磁磁性能的测量，对高温条件下的测量方法虽有涉及但描述简略，未系统规定温度场的构建方式、热退磁效应的补偿策略以及闭环控制在高温下的实现方案。国际标准化组织（ISO）亦缺少专门针对高矫顽力永磁材料高温磁性能测量的国际标准。这种国际标准的缺位，使得我国在此领域的标准制定工作既面临挑战，也蕴含引领国际标准制定的机遇。3标准主要内容3.1范围界定与应用领域本标准规定了高矫顽力永磁材料在高温环境下的磁性能测量方法，适用于矫顽力不低于某一阈值的永磁材料（如烧结钕铁硼、2:17型钐钴等）在温度范围（如室温至300°C或更高）内的磁性能测定，涵盖开路与闭路两种测量路径的技术方案。3.2术语和定义标准对以下核心术语进行了明确界定：-高矫顽力永磁材料：室温下内禀矫顽力不低于规定值的永磁材料；-高温磁性能：材料在规定测试温度下的剩磁、矫顽力、最大磁能积等关键参数；-热退磁效应：温度升高导致的磁畴结构反转与磁化强度降低的物理现象；-温度系数：单位温度变化引起的磁性能参数相对变化率。3.3测量原理与技术路线标准确立了基于闭合磁路（电磁铁法）和脉冲磁场两种主测方案的技术框架。在原理层面，高温测量的核心难点在于如何准确分离“温度对材料本征磁性能的影响”与“温度对测量系统及样品几何尺寸的影响”。为此，标准引入了温度补偿绕组设计、热膨胀系数修正系数（用于校正样品截面积和磁路长度的热形变）、以及高精度温度传感器（如热电偶直接贴附法）的布点策略。测量过程中，须在设定的保温时间（通常不少于15分钟）使样品内部温度均匀化后再施加磁化场。此外，标准特别规定了测量前对样品进行热循环预处理以稳定其磁历史状态，并要求采用标准样品（如纯镍球或计量院校准的参考磁体）对系统进行高温量值溯源。通过对磁化场的闭环控制与磁通计的高精度积分，实现高温下磁滞回线的准确测量。3.4测试装置要求标准对高温测量装置的关键部件提出了明确的技术指标：-电磁铁：极面直径、气隙可调范围及最大磁场能力；-高温恒温装置：温控精度（±1°C）、温度均匀性（样品区域内≤2°C）、升温速率及保温能力；-磁通计与积分器：漂移精度、积分误差上限及抗干扰能力；-B线圈与H线圈：高温条件下的匝数面积因子校准方法及绝缘耐温等级；-温度测量系统：测温探头精度及响应时间要求。3.5试样准备与温度校准详细规定了试样几何尺寸对测量结果的影响及修正方法，包括：-试样长径比推荐范围及对应的退磁因子修正方法；-试样表面处理（平整度、平行度、粗糙度要求）；-热电偶的固定位置及热接触方法，以确保测温的真实性和代表性；-试样在高温炉膛内的支撑方式对热传递和热应力的影响评估。3.6测量程序与数据处理标准按照以下流程规范了测量操作：1.样品的预磁化与磁历史规范化处理——施加足够强的脉冲磁场使样品达到饱和磁化状态，以消除历史磁化状态对测量结果的影响；2.升温与热平衡建立——制定标准化的升温速率（建议不超过5°C/min），防止热冲击对样品性能的不可逆损伤；3.磁滞回线测量（含饱和与退磁曲线）——通过闭环控制实现高精度磁化场扫描；4.高温下关键磁参量的确定（剩磁\(B_r\)、矫顽力\(H_{cb}\)、内禀矫顽力\(H_{cj}\)、最大磁能积\((BH)_{\max}\)）；5.冷却后复测与热退磁效应评估。数据处理部分给出了温度系数计算公式：\[\alpha(B_r)=\frac{B_r(T_2)-B_r(T_1)}{B_r(T_1)\cdot(T_2-T_1)}\times100\%\]以及\(\beta(H_{cj})\)对应的矫顽力温度系数计算方法。同时给出了测量不确定度的评定框架。4主要参与编制单位介绍4.1牵头单位概况本标准编制工作由钢铁研究总院有限公司（CentralIron&SteelResearchInstitute,CISRI）牵头，联合国内多家科研院所、高等院校及龙头生产企业共同完成。钢铁研究总院有限公司（以下简称“钢研总院”）成立于1952年，是我国金属新材料研发领域历史最悠久、综合实力最强的国家级科研机构之一，长期承担国家重大工程关键材料的攻关任务。在磁性材料领域，钢研总院设有先进金属功能材料国家实验室和国家磁性材料质量监督检验中心，是国内最早开展稀土永磁材料研究的单位之一。4.2技术基础与相关贡献在高温磁性能测量领域，钢研总院具备雄厚的技术积累：-测试装备自主研发能力：成功研制了多套闭环电磁铁式高温磁性能测试系统，最高测温能力可达500°C，磁场强度覆盖0~2400kA·m⁻¹，温控精度达±0.5°C；-标准物质研制经验：建立了多种牌号的高温磁性能参考样品，为测量系统的量值溯源提供支撑；-国际比对参与经验：长期参与国际磁性材料测量比对计划，在国际实验室间测量数据互认方面积累了丰富经验；-标准编制经验：主持或参与制修订多项磁性材料国家和行业标准，熟悉标准编制的全流程管理。钢研总院统筹协调了标准的整体框架设计、测量装置技术条件的确立及验证试验的组织实施；基于其BrockhausMesstechnik闭环磁导计和自制高温炉的试验条件，联合多家参与单位对不同牌号钕铁硼和钐钴材料进行了系统的实验室间比对验证，为标准技术指标的确定提供了扎实的实验依据。4.3标准编制的组织协调钢研总院组织建立了涵盖生产商、用户、计量机构及大专院校的编制工作组，定期开展技术研讨，广泛征集各方意见，确保标准的科学性和适用性。在此过程中，通过工信部稀土标准化技术归口单位及全国稀土标准化技术委员会搭建的平台，组织行业专家对标准草案进行了多轮审查；编制组将国际比对试验中发现的系统偏差问题反馈至IECTC68工作组，为我国后续主导制定相关国际标准奠定了技术基础。5标准实施预期效益5.1对产业的规范与提升作用标准的发布实施将产生显著的经济和社会效益：-统一技术门槛：使高温永磁体的质量控制有据可依，推动行业整体技术升级；-促进国产高端永磁材料应用：为新能源汽车驱动电机、风电、航空航天等高端市场提供可靠的验证依据；-降低贸易摩擦风险：推动国内外标准的衔接，减少技术性贸易壁垒。5.2对科技创新的推动本标准的制定将激励科研机构和企业加强高温永磁材料的基础研究，促进新成分设计、新工艺开发和高性能产品的工程化应用。5.3对绿色低碳发展的支撑高性能高温永磁材料的应用可显著提升电机效率，降低能耗；标准的确立有利于高效节能电机和新能源发电技术的推广应用，助推“双碳”目标的实现。6结论与展望为充分发挥标准的引领作用，后续仍需做好以下工作：1.标准宣贯与培训：组织面向全行业的解读培训，使标准真正落地见效；2.配套验证与修订：针对更高使用温度需求及新材料体系的涌现，持续开展补充验证，适时修订升版；3.国际互认推进：依托IEC/TC68平台，积极推动测量方法和量值溯源的国际比对，力争将我国自主研发的高温测量方法通过IEC标准提案的方式推向国际，提升我国在全球磁性材料标准制定中的话语权；4.智能化测量装备协同发展：鼓励仪器制造企业依据本标准开发高精度、高自动化程度的高温磁性能测量装备，推动测试仪器的国产化替代和智能化升级。参考文献[1]IEC60404-5:2015,Magneticmaterials-Part5:Permanentmagnet(magneticallyhard)materials-Methodsofmeasurementofmagneticproperties.[2]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB/T3217-2013永磁（硬磁）材料磁性试验方法.北京:中国标准出版社,2013.[3]国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会.GB/T24270-2009永磁材料磁性能温度系数测量方法.北京:中国标准出版社,2009.[4]中国稀土行业协会.2023年全国稀土永磁材料产业发展报告.北京,2024.[5]中共中央,国务院.国家标准化发展纲要.2021.[6]中华人民共和国国务院.关于促进稀土行业持续健康发展的若干意见（国发〔2011〕12号）.2011.[7]周寿增,董清飞.超强永磁体——稀土铁系永磁材料（第3版）.北京:冶金工业出版社,2016.[8]W.Rodewald,B.Wall,M.Katter.Topologyofhigh-coercivityNd-Fe-Bmagnetsatelevatedtemperatures.Proceedingsofthe19thInternationalWorkshoponRareEarthPermanent