稀土永磁材料及電機發(fā)展概況
楊大偉 (江蘇漣水電訊電機廠)
【摘 要】介紹稀土永磁材料的性能、生產(chǎn)概況、存在的問題和對策,以及稀土永磁電機研制概況,并對不同永磁材料電機的性能進行了比較,指出釹鐵硼永磁電機的優(yōu)越性和應用前景。
【敘 詞】稀土永磁材料釹鐵硼系永磁材料性能永磁電機發(fā)展
1引言
電機是一種以磁場為媒介的電能與機械能之間相互轉(zhuǎn)換的電磁機械,稀土永磁體的問世使電機勵磁結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變化。稀土永磁體是一種高性能的功能材料,稀土永磁體釹鐵硼(ndfeb)的出現(xiàn),使永磁體的發(fā)展與應用達到一個新水平,主要用于同步或無刷直流電機,并推動新原理、新結(jié)構(gòu)永磁電機的開發(fā),如為適應航天技術(shù)、數(shù)控機床、工業(yè)機器人、計算機外圍設(shè)備等高性能數(shù)字控制系統(tǒng)的要求而開發(fā)的新型伺服元件——稀土永磁盤式電機、新型結(jié)構(gòu)的混合式步進電機及永磁寬調(diào)速電機。我國在稀土永磁材料及電機方面的應用研制工作雖起步較晚,但我國稀土資源豐富,因此稀土永磁材料及電機的研制具有廣闊的前景。
2稀土永磁材料主要性能的比較
稀土永磁材料的發(fā)展經(jīng)歷了三代,第一代稀土永磁材料化學式為rc05,r代表稀土元素,如釤(sin)、鐠(pr)、鈰(ce)等,又稱為1:5型永磁材料(簡稱1:5);第二代稀土永磁材料化學式為r2tml7,’fm代表過渡族元素,主要是fe、co、cu等,又稱為2:17型永磁材料(簡稱2:17);第三代即釹鐵硼稀土永磁材料。美日兩國分別在60年代中期和70年代初期研制成功第一代和第二代稀土永磁,并在70年代中期推廣應用。1983年6月,日本住友特殊金屬公司首創(chuàng)成功第三代釹鐵硼稀土永磁材料,被列為當年世界10大發(fā)明之一。60年代末我國開發(fā)了第一代1:5稀土永磁,l 984年7月,我國成為世界上第三個能研制生產(chǎn)釹鐵硼永磁材料的國家。三代稀土永磁材料的主要性能的比較如表1所示。
從表1列出的磁特性及物理特性數(shù)據(jù)可看出,三代稀土永磁材料的性能各有千秋。在磁性能及溫度穩(wěn)定性方面,第二代稀土永磁材料比第一代要好,而第一代稀土永磁的工藝較簡單,第一次充磁比較容易,但由于鈷(co)是一種****昂貴的戰(zhàn)略物資,釤(sm)儲量稀少,因而限制了它們的發(fā)展。第三代稀土永磁材料ndfeb磁性能優(yōu)異于第一、二代,其剩磁br約是鐵氧體永磁的3~5倍,約是鋁鎳鈷、釤鈷永磁的1~2倍。內(nèi)稟矯頑力mhc相當于鐵氧體的5~10倍,鑄造鋁鎳鈷的5~15倍,因而ndfeb兼有鐵氧體、鋁鎳鉆和釤鈷稀土永磁的優(yōu)點。同時ndfeb材料加工性能好,體積小,在電機方面應用可減少電機體積,使得電機重量輕、慣量小、功率大、效率高,轉(zhuǎn)矩比同體積的永磁電機提高40 /5~50 /5,降低了電機成本,并節(jié)省能源。釹在稀土礦中的含量高達13 9/6~18 9/6,比釤高5倍以上,fe、b資源也相當豐富,以廉價的fe代替co,以豐富的nd代替sm,因而釹鐵硼永磁合金比釤鈷合金要便宜50百分之左右,從而使得ndfeb稀土永磁材料具有廣闊的但ndfeb材料也有其自身的缺點,主要是居里溫度和工作溫度低,熱穩(wěn)定性差。當溫度高于150℃時,釹鐵硼不可逆損失將超過5百分之,磁性能下降。溫度超過200℃時,磁體的不可逆損失急劇增大,這成為ndfeb在高溫下使用的主要障礙。同時ndfeb的化學穩(wěn)定性差,在150℃以上的潮濕環(huán)境中,釹嚴重氧化。
3國內(nèi)稀土永磁材料生產(chǎn)概況
我國稀土資源豐富,工業(yè)儲量為國外的5倍多,這為我國稀土永磁的研究、生產(chǎn)和應
用提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。應用前景。目前的發(fā)展趨勢是ndfeb正在逐步取代鑄造鋁鎳鈷和稀土釤鉆永磁,能否取代廉價的鐵氧體永磁材料則取決于ndfeb的成本能否進一步降低。
3.1稀土永磁材料的生產(chǎn)概況
國內(nèi)稀土永磁的研制生產(chǎn)始于60年代末70年代初,我國是繼日美之后第三個研制成功釹鐵硼永磁材料的國家。1985年全國掀起了ndfeb熱,形成了相當規(guī)模的稀土永磁產(chǎn)業(yè)。1988年產(chǎn)量為88t,1989年國內(nèi)產(chǎn)量133t,占當年世界產(chǎn)量的6.6百分之。1990年增至216t,出口近半數(shù),創(chuàng)匯860萬美元。1991年我國稀土材料的生產(chǎn)、應用和創(chuàng)匯情況分別比上年增長14百分之、14.2百分之和20百分之,側(cè)經(jīng)濟效益30億元。而國外如日本,1986-。籪上永磁產(chǎn)量為80~loot,1987年為150t,19舀8年300t,1989年則為700t,1990年達到1030t,我國已探明的稀土資源工業(yè)儲量為3.6×10’t,占世界稀土資源總儲量的80百分之,其中97百分之分布在內(nèi)蒙等地。因此我國應運用稀土資源豐富的優(yōu)勢,大力發(fā)展我國的稀土永磁產(chǎn)業(yè)。目前國內(nèi)生產(chǎn)規(guī)模較大、知名度較高的稀土永磁研制生產(chǎn)單位有,上海躍龍有色金屬公司、 |