稀土永磁材料及電機發展概況

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換的電磁機械，稀土永磁體的問世使電機勵磁結構發生重大變化。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，使永磁體的發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、新結構永磁電機的開發，如為適應航天技術、數控機床、工業機器人、計算機外圍設備等高性能數字控制系統的要求而開發的新型伺服元件——稀土永磁盤式電機、新型結構的混合式步進電機及永磁寬調速電機。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

    稀土永磁材料的發展經歷了三代，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成功第三代釹鐵硼稀土永磁材料，被列為當年世界10大發明之一。60年代末我國開發了第一代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據可看出，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****昂貴的戰略物資，釤(sm)儲量稀少，因而限制了它們的發展。第三代稀土永磁材料ndfeb磁性能優異于第一、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的化學穩定性差，在150℃以上的潮濕環境中，釹嚴重氧化。

3國內稀土永磁材料生產概況

    我國稀土資源豐富，工業儲量為國外的5倍多，這為我國稀土永磁的研究、生產和應

用提供了雄厚的物質基礎。應用前景。目前的發展趨勢是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概況

國內稀土永磁的研制生產始于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，形成了相當規模的稀土永磁產業。1988年產量為88t，1989年國內產量133t，占當年世界產量的6．6百分之。1990年增至216t，出口近半數，創匯860萬美元。1991年我國稀土材料的生產、應用和創匯情況分別比上年增長14百分之、14．2百分之和20百分之，側經濟效益30億元。而國外如日本，1986-。籪上永磁產量為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97百分之分布在內蒙等地。因此我國應運用稀土資源豐富的優勢，大力發展我國的稀土永磁產業。目前國內生產規模較大、知名度較高的稀土永磁研制生產單位有，上海躍龍有色金屬公司、