钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用

内蒙古科技大学内蒙古科技大学《材料科学与进展》结课论文----钕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：内蒙古科技大学内蒙古科技大学2016年12月内蒙古科技大学第3页共10页目录摘要.....................................................4Abstract..................................................40前言...................................................51钕铁硼永磁材料生产现状.................................52钕铁硼永磁材料概况.....................................52.1钕铁硼永磁材料发展概况.............................52.2钕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钕铁硼永磁材料的应用...................................73.1钕铁硼永磁材料主要应用领域.........................73.1.1汽车工业.......................................73.1.2电机行业.......................................83.1.3节能家电......................................83.1.4信息技术产业..................................83.1.5风力发电.......................................84结语...................................................95致谢...................................................9参考文献................................................10内蒙古科技大学第4页共10页钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用乔磊摘要为了探讨钕铁硼永磁材料的发展前景，发现行业存在的问题，对钕铁硼永磁材料生产和应用现状进行了分析。结果表明，钕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：钕铁硼；永磁材料；生产；应用；AbstractTodiscussthedevelopmentprospectsofNdFeBpermanentmagnetmaterials,andfindtheproblemsindevelopment.TheproductionandapplicationstatusofNdFeBpermanentmagnetmaterialswassummarizedandanalyzedfocusingonapplicationfield.TheresultsshowthatNdFeBpermanentmagnetmaterialswillstepintoanewstageofdevelopment,andthefutureisbright.Keyword:NdFeB;permanentmagneticmaterials;production;applications;内蒙古科技大学第5页共10页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、潜力最大的部分。钕铁硼(NdFeB)属第三代稀土永磁材料，含有约30%的稀土元素(钕是主要组成成分，铽、镝等次之)，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钕铁硼永磁材料生产现状在钕铁硼刚开始生产应用之初，世界钕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等在钕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TDK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，中国钕铁硼产业已经占全球近80%市场份额，是全球烧结钕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%。随着中国对稀土出口限制管理日趋严格，未来中国高性能钕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，中国钕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，中国烧结钕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，高性能钕铁硼永磁体发展前景看好，市场竞争力也较强。国内5家钕铁硼大型企业有NEOMAX的烧结钕铁硼专利授权，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［1］。2钕铁硼永磁材料概况2.1钕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：钕铁硼(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。钕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世纪80年代中期我国已能生产钕铁型永磁合金，由于它的磁性能比SmCo5和Sm2Co17更为优良，且所用的材料如钕、铁和硼更易供给及价格低廉，故发展迅速。烧结钕铁硼磁体的理论磁能积为512KJ·m-3(64MGOe)，是稀土永磁内蒙古科技大学第6页共10页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238KJ·m-3(30MGOe)发展到目前的磁能积大于440KJ·m-3(55MGOe)，是磁性材料中发展最快的。日本在钕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钕铁硼磁体的磁能积已达460KJ·m-3(57.8MGOe)。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]。2.2钕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，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钕铁硼永磁材料防护技术。依据我国的国情，发展钕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钕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钕铁硼系稀土永磁材料的基础研究及工业化生产研究。2.3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，铽、镝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，减少高端钕铁硼中铽、镝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，作者认为近期我国钕铁硼磁性材料产业技术发展将主要集中在以下几方面:(1)控制烧结钕铁硼生产工艺过程，改善产品质量。近年来，虽然我国在高性能烧结钕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钕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)降低烧结钕铁硼永磁材料的重稀土含量。如何在保证磁体高矫顽力的前提下，不仅大幅降低烧结钕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钕铁硼永磁材料。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钕铁硼永磁体产品的工作温度内蒙古科技大学第7页共10页还很低，温度稳定性还较差，因而限制了我国烧结钕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)开发各向异性粘结钕铁硼磁体产业化技术。加强高性能各向异性粘结钕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胜粘结钕铁硼磁体产业技术水平[3]。3钕铁硼永磁材料的应用3.1钕铁硼永磁材料主要应用领域钕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年中国高性能钕铁硼永磁材料应用领域分布情况如表1。表1:2009年我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域分布情况Tab.l:TheapplicationfieldofNdFeBpermanentmagnetmaterialsin2009应用领域所占比例(%)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近年来由于钕铁硼永磁材料综合性能的进一步提升，钕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[5]。3.1.1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。钕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“钕铁硼化”。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