IEC 60404-182025 磁性材料 第18部分永磁（硬磁）材料 用超导磁体测量开路磁路磁性能的方法标准立项发展报告

磁性材料第18部分：永磁（硬磁）材料用超导磁体测量开路磁路磁性能的方法标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:MagneticMaterials-Part18:PermanentMagnet(MagneticallyHard)Materials-MethodsofMeasurementoftheMagneticPropertiesinanOpenMagneticCircuitUsingaSuperconductingMagnet摘要随着新能源、电动汽车、风力发电、高端装备制造等战略性产业的快速发展，永磁材料尤其是高矫顽力稀土永磁材料（如钕铁硼和钐钴）的应用需求持续攀升，对其磁性能测量精度和适用范围的标准化要求亦日趋严苛。然而，传统闭路磁测方法在测量高矫顽力永磁材料时面临磁化困难、测试误差大、样品制备复杂等局限性，难以满足高端应用对材料性能精准表征的需求。国际电工委员会（IEC）于2025年2月20日正式发布了IEC60404-18:2025标准，提出采用超导磁体在开路磁路条件下测量永磁材料磁性能的系统化方法。本报告全面梳理了该标准的研究背景、核心技术内容及其重要意义，重点分析了超导磁体测量原理、测试装置构成、测量程序及数据处理方法，并对该标准的应用前景和未来发展趋势进行了展望。该标准的发布填补了国际标准体系中关于超导磁体开路磁路测量方法的空白，为高场条件下永磁材料磁性能的精确表征提供了统一规范，对推动全球永磁材料产业的技术进步和国际贸易具有重要的支撑作用。关键词：永磁材料；超导磁体；开路磁路；磁性能测量；国际电工委员会；标准Keywords:Permanentmagnetmaterials;Superconductingmagnet;Openmagneticcircuit;Magneticpropertymeasurement;IEC;Standardization1引言1.1研究背景永磁材料作为现代工业的重要功能材料，广泛应用于电动机、发电机、传感器、磁共振成像、磁悬浮交通等众多领域。特别是以钕铁硼（NdFeB）为代表的稀土永磁材料，凭借优异的磁性能已成为新能源产业的核心关键材料。全球范围内，永磁材料的年产值已超过百亿美元，且持续保持增长态势。准确测量永磁材料的磁性能参数，包括剩余磁感应强度（Br）、矫顽力（Hcj）、最大磁能积（BHmax）等，对于材料研发、生产工艺控制、产品设计和质量保证均具有至关重要的意义。然而，随着材料性能的不断提高，尤其是高矫顽力永磁材料的内禀矫顽力已可达到2400kA/m以上，传统测量方法面临日益严峻的挑战。1.2现行标准体系的局限性国际电工委员会磁性材料技术委员会（IECTC68）此前已制定了系列标准用以规范永磁材料测量方法，其中IEC60404-5规定了永磁材料磁性能的闭路测量方法。该方法在测量过程中需要将样品置于电磁铁或脉冲磁化装置中，形成闭合磁路后进行测量，已被行业广泛采用。但闭路测量方法固有局限不容忽视：其一，高矫顽力永磁材料需要极高的磁化场强度（通常要求≥2000kA/m的饱和磁化场），常规电磁铁难以达到；其二，闭路测量所需的大尺寸纯铁极头或磁轭成本高昂，且测量过程中需要频繁更换样品，操作效率较低；其三，由于样品与极头间接触气隙的存在，测量结果易受接触条件影响，导致重复性和再现性不足。因此，业界迫切需要一种能够精确测量高矫顽力永磁材料磁性能的新方法。1.3开路测量方法的兴起与标准化需求近年来，随着超导材料与低温技术的发展，超导磁体已可稳定提供高达数特斯拉至数十特斯拉的强磁场，且具有磁场均匀性好、稳定性高的显著优势。采用超导磁体在开路磁路中测量永磁材料磁性能，能够有效克服闭路方法的局限：首先，超导磁体可以提供足够强的磁化场以确保样品完全饱和磁化；其次，开路测量无需与样品接触的磁轭，简化了样品安装过程；再次，测量过程可实现计算机控制与自动化数据采集，有利于提高测量效率与准确性。尽管超导磁体开路测量方法已在科研和高端工业检测中逐步应用，但国际上一直缺乏统一的标准来规范测量条件、测量程序和数据处理方法，导致不同实验室间测量结果存在差异，影响了测量数据的可比性和互认性。为此，IECTC68组织相关国际专家启动了该标准的制定工作，历经多年研讨与实验验证，最终于2025年正式发布IEC60404-18:2025。2标准主要内容2.1标准适用范围IEC60404-18:2025规定了采用超导磁体在开路磁路条件下测量永磁（硬磁）材料磁性能的通用方法。该标准适用于各类永磁材料，尤其适用于具有高内禀矫顽力、在常规闭路测量条件下难以饱和磁化的材料，包括但不限于烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、钐钴、铝镍钴及铁氧体永磁等材料体系。标准所规定的测量参数主要包括剩磁Br、磁感矫顽力HcB、内禀矫顽力HcJ以及退磁曲线和最大磁能积（BH）max等关键指标。2.2基本原理该标准的核心测量原理基于超导磁体产生的高均匀性强磁场。测量过程中，被测永磁样品被置于超导磁体的均匀磁场区域内，在开路状态下施加足够强度的外磁场使样品达到技术饱和磁化状态。随后按照规定的程序逐步降低外磁场，在此过程中利用合适的磁通计和磁场探头同步采集样品磁极化强度J和外部磁场强度H的数据，从而获得完整的退磁曲线。与闭路测量方法不同，开路测量的退磁因子效应需要对测量结果进行修正。标准中详细规定了退磁因子修正的方法和公式，包括基于样品几何尺寸计算的退磁因子N以及相应的内禀矫顽力HcJ修正方法。该修正方法的确立，是基于国际范围内多项比对实验的结果，经过反复验证以确保不同几何形状样品的测量结果具有可比性。2.3测量装置要求标准对超导磁体测量系统提出了明确的技术要求，主要包括如下几个方面：超导磁体系统：要求具有足够的最大磁场强度（通常应不低于材料饱和磁化所需磁场的两倍），磁场均匀区应满足样品放置范围，且磁场稳定性应满足测量精度要求。磁通测量系统：推荐采用积分式磁通计配合适当匝数的探测线圈，系统分辨率应满足被测材料磁通变化的最小分辨率要求。磁场测量系统：可采用霍尔探头或核磁共振探头测量外部磁场。霍尔探头经过校准后的准确度应满足标准要求。温度控制与监测系统：测量环境温度应控制在23℃±5℃范围内，并对样品温度进行实时监测，以确保测量结果的可比性。2.4样品制备与测量程序测量程序主要包括以下步骤：样品安装、磁场校准、磁化与退磁化过程、数据采集、退磁因子修正以及测量不确定度评估。标准对每一步均给出了明确的操作规范，特别是对于磁化场的施加速率、测量点的选取密度和数据重复性判别指标等做了详细规定。2.5测量不确定度标准参照ISO/IECGuide98-3《测量不确定度表示指南》的要求，规定了测量不确定度的评估方法。要求各测试实验室应识别影响测量结果的不确定度来源，包括磁场测量的准确度、磁通积分误差、温度波动效应、退磁因子计算误差等因素，并给出合成标准不确定度的评定示例。3国际影响与应用前景3.1国际标准体系的补充完善IEC60404-18:2025的发布，充实了IEC60404系列标准中永磁材料测量方法的技术体系，与IEC60404-5闭路测量方法形成互补。该标准的实施将有助于解决当前高矫顽力永磁材料测量中的技术瓶颈，为全球范围内永磁材料性能数据的互认和比较提供了标准化基础。3.2对产业发展的促进作用在新能源汽车驱动电机、风力发电直驱电机、高端伺服电机等应用领域，对永磁材料的最大磁能积和内禀矫顽力提出了更高要求。采用超导磁体开路测量方法，可实现对这些高性能材料的精确表征，有助于材料制造商优化生产工艺、用户企业科学选材以及研发机构开发新型高性能永磁材料。3.3国际比对与互认标准的发布还将推动各工业强国和主要研究机构采用统一的超导磁体开路测量方法开展实验室间比对验证活动。这将有助于建立国际间永磁材料磁性能测量的量值统一体系，促进全球永磁材料贸易中的质量评价一致性。4参与制定的主要单位4.1国际电工委员会磁性材料技术委员会（IECTC68）IECTC68是负责磁性材料和磁性元件标准化工作的国际技术委员会，其秘书处设在日本。TC68的职责范围涵盖有关磁性材料（包括永磁材料、软磁材料及其他磁性材料）的分类、术语、测试方法和性能指标的标准化工作。该委员会汇聚了来自各主要工业国家的标准化专家、材料科学家和测量技术专家。在IEC60404-18标准的制定过程中，TC68下属的工作组组织了多轮国际比对实验。来自中国、日本、德国、美国、韩国等国家的十多个权威实验室参与了该标准的验证工作，实验结果充分验证了超导磁体开路测量方法的可行性和可靠性。4.2主要参与单位示例——中国计量科学研究院中国计量科学研究院（NIM）作为中国国家最高的计量科学研究中心，是参与制定IEC60404-18:2025的重要技术机构之一，也是该标准在中国推广实施的核心技术支持单位。该研究院在磁性材料计量领域拥有深厚的研究积累，建有国家磁性材料计量基准装置和一批高准确度的磁性测量标准装置。依托强磁场计量测试能力和超导磁体测量实验平台，NIM在超导磁体开路测量永磁材料磁性能方面开展了大量基础研究和测量方法探索工作，积累了丰富的实验数据和实践经验。在IEC60404-18标准的制定过程中，NIM的技术专家受邀参加了多个关键参数的验证实验工作，重点参与了退磁因子修正方法的实验验证以及测量不确定度评估方法的讨论与确认。此外，NIM还承当了该标准在中国宣传推广和培训实施的重要角色，为中国永磁材料生产企业、检测机构和新材料研发单位应用该标准提供了有力的技术支持。5结论与展望5.1主要结论本报告围绕IEC60404-18:2025《磁性材料第18部分：永磁（硬磁）材料用超导磁体测量开路磁路磁性能的方法》标准，全面分析了该标准的立项背景、技术内容、国际影响及应用前景。该标准的发布，有效解决了传统闭路测量方法在高矫顽力永磁材料测量中面临的磁化困难、操作复杂和测量一致性不足等问题。标准在充分验证的基础上，规定了基于超导磁体的开路测量方法、装置要求、测试程序和数据处理方法，其测量方法具有良好的可行性、复现性和测量准确度，可满足高端永磁材料研究与产业应用的需求。该标准的实施将进一步推动永磁材料领域国际标准化工作的深化，促进超导磁体测量技术在更广泛范围内的推广应用，为全球永磁材料产业的技术升级和国际贸易便利化提供重要的标准化技术支撑。5.2未来展望展望未来，超导磁体开路测量永磁材料磁性能的方法将朝着以下几个方向发展：其一，随着高温超导技术的成熟，超导磁体系统的运行成本将进一步降低，将使该方法在全球范围内获得更广泛的应用；其二，测量系统的自动化和智能化水平将持续提升，机器学习算法有望应用于测量数据的后处理与结果修正；其三，随着新材料体系（如高丰度稀土永磁、纳米复合永磁等）的不断涌现，测量方法的适用范围和标准化需求将不断扩展；其四，IEC60404-18标准的内容也将随着技术进步持续修订更新，以保持其与产业发展和技术进步同步。因此，建议国内永磁材料生产企业和检测机构密切关注该标准的发展动态，积极引进和部署超导磁体开路测量能力，以提升产品检测水平，增强国际竞争力。参考文献[1]IEC60404-18:2025,Magneticmaterials-Part18:Permanentmagnet(magneticallyhard)materials-Methodsofmeasurementofthemagneticpropertiesinanopenmagneticcircuitusingasuperconductingmagnet.[2]IEC60404-5,Magneticmaterials-Part5:Permanentmagnet(magneticallyhard)materials-Methodsofmeasurementofma