NdFeB稀土永磁材料分析研究

邓汝彬，梁德宁，黄国康，罗锦标，邓宁君

（1.肇庆市技师学院（肇庆三环京粤磁材有限责任公司）；2.广东理工学院，广东 肇庆 526000）

NdFeB稀土永磁材料，是第三代稀土永磁材料，是目前应用最广泛、产量最高的稀土永磁材料，也是当前世界永磁材料行业中主流的研究对象，其科研价值以及应用潜力显著，是当前世界各国工业中重要的功能材料之一，是促进国家多个行业发展和进步的重要影响因素，也是推动科学技术不断提升的重要内容，引发了行业内的思考和议论。

1 NdFeB稀土永磁材料生产现状

我国是世界NdFeB稀土永磁材料生产最多的国家，也是全球稀土资源最为丰富的国家，因此开发和利用NdFeB稀土永磁材料，提高现有开发力度以及研发强度，成为当前国家发展的重要目标。根据我国稀土行业协会的发展数据显示，2019年，我国NdFeB稀土永磁材料产量已经超过18.3万吨，同比增长9.6%，其中出口德国、美国等发达国家，占比超过20%。另外，我国2019年烧结钕铁硼毛坯产量为17万吨，占据了NdFeB稀土永磁材料生产的90%以上，同时国内稀土永磁材料相关企业众多，尤其是高性能的稀土永磁材料生产商，包括中科三环、银河磁体、正海磁材、宁波韵升等企业。随着我国经济基础建设的深入发展，稀土永磁材料，成为我国重大科学技术发展的核心内容，受到国家科学院等众多专家的重视。结合国内相关领域的政策以及发展体系，推动我国NdFeB稀土永磁材料的发展，成为必然的发展趋势，为我国稀土永磁材料核心竞争力的提升起到重要的帮助和支持作用。

2 NdFeB稀土永磁材料性能和制造工艺

以钕铁硼为代表的稀土永磁材料，具有高剩磁密度、高矫顽力和高磁能积的优点，是当前技术应用领域中磁性最强的永磁材料。钕铁硼稀土永磁材料，是整个稀土行业的中游产业，其上游产业是针对稀土进行冶炼和提纯，通过对稀土材料的炼化，得到稀土原材料。在产业链的下游，利用钕铁硼稀土永磁材料的特性，广泛应用于新能源汽车、节能电梯、磁悬浮列车、变频空调、风力发电机等相关领域，利用钕铁硼稀土永磁材料高永磁性能的特征，改善传统设备的体积，减少设备的质量，为设备的小型化，轻量化，给予了重要的帮助。

粘结NdFeB稀土永磁粉的制造工艺，主要分为快淬法以及HDDR法。快淬法磁粉制备的磁体主要是利用快淬磁粉自身的抗腐蚀性热稳定性，而利用HDDR法制备的磁粉制备磁体是利用HDDR粉的粘结性，添加Ga、Zr等稀有金属，制成异性粘结磁体。粘结磁体的制备，主要采用压制成型、注射成型、压延成型以及挤压成型等多种方式。同时，压制成型和注射成型是现代稀土工业领域最为常见的成形技术。以注射成型磁体工艺为例，需要在生产过程中，加入大量的粘结剂，因此对应的磁性会受到一定程度影响，总体磁性水平对比压制成型磁体来说，较低。粘结磁体虽然具有大批量生产条件以及产品尺寸、性能优良等一系列优势，但是同样具有一些劣势，如生产效率低、生产成本高等，影响了该技术的发展潜力。

3 新生产工艺的发展及材料性能的改进

近年来，随着我国稀土永磁材料的创新发展，稀土材料的稳定性差、耐腐蚀性差、易氧化、矫顽力低等问题，极大地限制了稀土材料的发展，因此针对稀土材料的各种问题，进行技术改造以及技术强化，提升稀土永磁材料的性能和价值是很重要的话题。大量试验数据表明，氯化物污染是影响永磁材料性能的主要因素，特别是在氯化物较多的环境中，氧化现象极为明显，并且磁体状况、表光滑度、清洁度、磁化状态等一系列性能都会受到影响。为了减少对应的威胁和风险，在永磁材料外部增加一层保护膜，有效提升永磁材料的防腐特性。例如，在材料表面涂上金属涂层，以Ni、Zn、Al、Ca等一系列金属或者氧化物为涂层材料，利用电镀、化学镀等各种举措，实现永磁材料抗腐蚀性的有效提升。近年来，随着科学技术的发展，有机溶液镀Al法成功研发，该技术的应用，不仅体现出卓越的防护功能，同时对应的防护性能与传统的防腐方法对比，具有明显的优势，特别是在较为严重的腐蚀环境中，利用有机溶液镀Al法，可以充分应对恶劣的应用环境，实现磁体材料的基本特性。

针对NdFeB稀土永磁材料的基本性能，一方面，要不断为磁体材料的特性进行保护和优化，减少外部环境的影响和干扰，另一方面，需要针对NdFeB稀土永磁材料开展材料自身的强化工作，例如，在永磁材料中增加相关元素，从而实现永磁材料性能的提升。将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，添加元素主要为两种，取代元素与掺杂元素。取代元素主要是以Nd与Fe为主要代表，其核心作用主要是提升材料的磁晶各向异性场、居里温度等内禀参量。掺杂元素的目的，是有效改变永磁材料的微观结构，从而实现永磁材料矫顽力、抗腐蚀性等相关性能的提升。主要为一元M1、二元M1-Nd以及三元M1-Fe-Nd等组合。

4 NdFeB稀土永磁材料在新能源汽车中的应用

近年来，鉴于NdFeB稀土永磁材料的性能特性，其在新能源汽车领域中得到广泛应用。一方面，在新能源汽车产业链体系中，NdFeB稀土永磁材料实现整个产业链的全覆盖。在体系上游，基于NdFeB稀土永磁材料的原材料稀土，进行多种方法的提炼和提纯，从而实现NdFeB稀土永磁材料的有效获取，同时在产业链下游，利用NdFeB稀土永磁材料，生产永磁同步电机与异步电机，成为新能源汽车的核心动力。稀土永磁电机体积小、重量轻，使用了高性能的永磁材料提供磁场，使得永磁电机的气隙磁场较异步电机进一步增强，永磁电机的体积和重量也较异步电机可以极大地缩小，例如以11kW的异步电机为例，其重量为110kg，而永磁电机仅为48kg，相当于交流异步电机重量的44%。

基于永磁材料的特殊性，其为新能源汽车提供强大的动力与加速度，同时还具备能够减少电机的体积和重量，提升电机的使用效率，降低结构的复杂程度等多方面的优势，成为现代新能源汽车领域驱动电机的首选内容。例如，北汽EU260、起亚K5、特斯拉Model3等型号电动车，都已经应用了永磁同步电动机。值得注意的是，电动汽车领域的龙头企业特斯拉，与我国中科三环企业，已经达成永磁同步机的采购协议，进一步说明NdFeB稀土永磁材料的重要发展趋势，也说明NdFeB稀土永磁材料在新能源汽车领域中的重要价值。虽然目前在传统汽车领域中，NdFeB稀土永磁材料的应用场景较多，但是随着全球新能源汽车产业的创新式发展，高性能的NdFeB稀土永磁材料必然会向新能源汽车领域倾斜。根据我国工信部2019年数据统计，我国新能源汽车销售数量已经超过221万辆，其中应用永磁同步电机的新能源汽车占比90%以上，进一步说明永磁电机的发展潜力以及发展趋势，同时也说明在新能源汽车领域中，应用永磁电机是当前行业发展的趋势，也是新能源汽车领域的必然需求，将会成为行业发展的持续动力。受我国经济结构的调整以及节能减排需求等相关内容的影响，永磁电机的需求程度会进一步提高，特别是在特斯拉电动汽车企业更换永磁驱动电机后，在行业内形成强烈的发展方向，引发各个新能源汽车企业的竞相追逐，成为推动行业持续发展的重要影响因素，也是激发NdFeB稀土永磁材料需求量激增的重要驱动力。

基于永磁电机在当前新能源汽车领域的应用价值以及应用潜力，NdFeB稀土永磁材料的性能会得到进一步的开发和研究，尤其是永磁体的高磁能积、矫顽力、居里温度等，可以进一步推动永磁电机的具体性能，同时对产品的耐热性、抗腐蚀性等多个领域进行强化，提升永磁电机的使用寿命，降低永磁电机的制造成本，从而实现电机设备的批量化生产。

5 结语

综上所述，通过对NdFeB稀土永磁材料的分析和论述，从材料性能、生产工艺、改进措施以及在电动汽车领域的具体应用进行深入探索，进一步说明NdFeB稀土永磁材料的重要应用潜力，强化材料的磁性强度，提升材料的各种抗性，以多元化、精准化、经济化的发展理念，助推NdFeB稀土永磁材料的创新应用和可持续发展。