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“磁王”钕铁硼---稀土永磁材料中的朝阳产业(一)

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      钕铁硼永磁材料由于其优异的磁性能和较高的性价比,自问世以来,迅速成为稀土永磁市场中的主导者,其产值占据世界稀土永磁材料产值的90%,并且随着制备工艺和生产技术的不断改进,其各项性能不断提高,应用领域也在逐步扩展。因此,钕铁硼永磁材料应用量的多少已经成为现代化水平高低的标志,钕铁硼永磁材料依然是稀土材料产业中的朝阳产业。

今天,就和小编一起认识一下这种新材料。

永磁材料及其发展

永磁材料是指在外磁场的作用下磁化至饱和并在去掉外磁场后仍能保持其磁性的一种功能材料,又被称为永磁材料或硬磁材料,通俗一点来讲,就是人们常说的“吸铁石”。早在战国时期发明的“司南”,便是利用了磁铁指南的作用来辨别方向。

 

图1 战国时期的司南

尽管人类对磁性材料的认识已有两千多年,但人造永磁体始于十世纪我国发明的磁化钢针,磁性材料的发展与应用取得重大进步始于十九世纪末二十世纪初。二十世纪初,人们主要使用钨钢、碳钢、铬钢和钴钢作永磁材料。二十世纪三十年代末,AlNiCo(铝镍钴)永磁材料开发成功,永磁材料开始大规模应用。五十年代,钡铁氧体出现,降低了永磁体成本,同时将永磁材料应用范围拓宽到高频领域。到六十年代,稀土钴永磁研发成功,永磁体的应用迈入了一个新的时代。1967年,美国Dayton大学的Strnat等成功制成SmCo5永磁体,标志着稀土永磁时代的到来。迄今为止,稀土永磁材料已经由第一代1:5型SmCo5,第二代沉淀硬化型Sm2Co17,发展到第三代Nd-Fe-B永磁材料。

此外,历史上曾被用作永磁材料的还有Cu-Ni-Fe、Fe-Co-V、Fe-Co-Mo、A1MnC、MnBi合金等,这些合金由于性能较差、性价比低,在大多数场合已很少采用。FeCrCo、AlNiCo、PtCo等合金依然应用于一些特殊场合。Ba、Sr铁氧体仍然是目前用量最大的永磁材料,但其在许多应用领域正逐渐被Nd-Fe-B类材料取代,当前稀土类永磁材料的产值已经远远超过铁氧体永磁材料,稀土永磁强力磁铁材料的生产已经发展成为一大产业。Nd-Fe-B已经成为目前应用最广的稀土永磁材料,也是迄今为止磁性最强的永磁材料。

钕铁硼是一种由稀土金属钕、金属元素铁、非金属元素硼以及少量添加元素镨、镝、 铌、 铝、镓、铜等元素组成的稀土永磁化合物,简单来讲是一种磁铁,又称磁钢。钕铁硼永磁体磁性能优良,质轻价廉,应用范围广泛,被誉为“磁王”,是迄今为止性价比最高的磁体材料。

钕铁硼强力磁铁具有大的磁晶各向异性场,磁极化强度高,理论磁能积为64MGOe,其磁性比十九世纪人们使用的磁钢的磁性能高100多倍,比平常的铁氧体、铝镍钴高10倍,比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍,其矫顽力和 能量密度很高,大大降低了磁性材料零部件尺寸,推动了仪器仪表、电声电机、计算机、移动电话等设备的小型化、轻量化、薄型化及高效化,提高了产品的性能,而且促进了某些特殊器件的产生;钕铁硼具良好的机械特性,易于切削加工;其制备技术工艺比较成熟,居里温度约为580K,使用温度可达150℃;钕铁硼不含战略元素Co和Ni,原材料丰富,其很高的性价比,使得其自1983年钕铁硼问世,到2006年产量就猛增到55540吨,到2015年,更激增至13万吨左右。

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