新材料之稀土永磁材料钕铁硼学院：机械学院专业：机械设计制造及其自动化姓名：慕铜摘要： 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、应用钕，一种活泼的稀土材料，由于其这一特性而被国家所重视。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”。在这四大应用领域中，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。为此，今天我们将从以下几个方面对稀土永磁材料钕铁硼进 行简单的描述和介绍。一、 钕铁硼永磁材料钕铁硼永磁体的主要原材料有稀土金属钕 ,金属元素铁和非金属元素硼 (有时会添加铝 ,钴,镨,镝,铽,镓等),一般表达式为 :RE 2TM 14B(RE=Nd,Pr,Dy TM=Fe,Co)钕铁硼三元系永磁材料是以 Nd2Fe14B 化合物作为基体的 ,其成分应 与化合物 Nd2Fe14B 分子式相近。但完全按 Nd2Fe14B 成分配比时 ,磁 体的磁性能很低，甚至无磁，只是实际的磁体当中钕和硼的含量比 Nd2Fe14B 化合物的钕和硼含量多时 (即形成富钕相和富硼相 )才能获 得较好的永磁性能。基体 Nd2Fe14 相，这个相是磁体的主相 ,它的体积百分数 (在炼完 钢锭后已基本固定 )决定了磁体的剩磁 (Br) 。最大磁能积 (BH)m), 而成 型时磁场取向就是实现它的排列分布使这一分子结构的易磁化轴 (C) 都沿取向方向有序排列 ,从而实现更高的磁性能。富 B 相，富 B 相在基体中以一定的化合物存在 , 它是一个非磁相 , 对磁性能一般是有害的 ,但有富 B 相的存在反而使的钢锭容易破碎。富 Nd 相，富 Nd 相的存在大部分以 Nd-Fe 化合物存在 , 它对在烧 结过程中提高磁体的密度有十分重要的作用 .由于它的性质非常活泼 , 所以很容易氧化形成氧化物相 ,对磁体的抗腐蚀性非常不利 .但富 Nd 相相对多时，对钢锭的长晶有好处，可以减少a-Fe的析出。大量的组织观察表明 ,烧结钕铁硼系的合金显微组织具有以下特 征：(1) 基体相 (主相)的晶粒呈多边形 ;(2) 富 B 相以孤立块状或颗粒状存在 ;(3) 富 Nd 相沿晶界或晶界交耦处分布 ;(4) 另外在基体中还有其他杂质 ,氧化物相和空洞等。、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。三、钕铁硼永磁材料主要应用领域由于钕铁硼具有很高的性能价格比，因此成为制造高效能、体积 小、重量轻的磁性功能器件的理想材料，有望对许多应用领域产生革 命性的影响。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 2DCW年我国髙性能做製硯永应材料盛用领薩分花骨兒TahJ The application Hdd or NdFeB permanent! magnettnt-eri in 2(MM*应用敦域所占比节能風能杭电设备2S.3吓人电子清廉类产晶24.5VCM电机Hl（迪2U.6F能电怖咒引机制章16.0EP営制造氐1警舵环煤空灣制進23混仔动力汽车制诅0.5其他1J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。 具体而言，应用在以下一些方 面：计算机和微电脑的音圈电机（VCM）与软盘驱动器、汽车、BP机 与手机、核磁共振成象、电动车辆、VCD与DVD主轴驱动、复印机、 传真机、电动工具、空调机、冰箱、洗衣机、机床数控系统、电梯驱 动及各类新型节能电机；选矿机、除铁设备，各类磁水器、磁化器； 高性能微波管，鱼雷电推进，陀螺、激光制导， Alpha 磁谱议等尖端 装置；磁传动，磁吸盘，磁起重装置等。在中国和东南亚还有一个很 大的磁疗市场，如背背佳英姿带、磁饰、减脂肪运动机、五行针等。 其它还应用于防雾尾灯、磁卡门锁、礼品盒开关等等。可以说，钕铁 硼永磁材料的应用已逐步渗透到各处领域。四、 促进钕铁硼永磁材料产业发展的建议 由于中国钕资源分布广且十分丰富， 加上中国丰富的劳动力， 这 必将为钕铁硼产业的发展提供坚实的后盾。 钕铁硼永磁材料在电子产 品中应用非常广泛且需求量非常大， 而中国消费类电子产品产量世界 第一，通信设备、机械设备等市场潜力也非常大，再加上中国廉价的 稀土资源，这将会为中国钕铁硼产业进入国际市场提供良好的竞争条 件。要加快钕铁硼产业的发展，应当做好以下几点：（1）促进联合重组中国磁性材料行业要从大国向强国转变，就要加 速行业内的规模经济建设， 发展强强联合， 要有若干个年销售收入达 到100亿元的企业。中国企业要想赢得更多的利润，就必须要走出国 门，收购或合资国外企业，建立跨国公司，树立国际名牌。同时还要 进行产业的结构调整， 使得中国的磁性材料企业一定要有自己特色的 产品，在价格、质量、市场占有率等方面领先全行业。中国的磁性材 料企业，加强自身的整合，不断提高管理和技术水平，通过与国外先 进磁性材料企业加强合作， 互助互利， 使磁性材料产业更好的扎根于 中国，使中国的磁性材料产业更好的服务于全球。（2）提高技术水平与发达国家相比较，现阶段国内所产钕铁硼磁体 在音响器件上用的最多， 在电机和油井上次之。 而相比音圈马达等产 品这一些国外需求量最多的领域， 国内的应用还在起步阶段。 究其原 因在于音圈马达领域所需磁体的规格性能要求较高， 而目前中国的绝 大多数产家难以达到国际标准。 因而国内钕铁硼磁体还大多数是应用 于中低档产品，其售价也远低于国际市场价格。所以，要提高国际市 场竞争力， 中国钕铁硼材料产业必须不断加快技术创新， 加强对钕铁 硼永磁材料的应用、 开发，以拓宽钕铁硼永磁材料的应用范围和深层 次应用。 从整体上看中国磁性材料技术水平接近国际水平， 但没有自 已的知识产权和创新的产品。 要重点扶植中国专利产品， 如钕铁氮磁 体，但必须要全行业和相关的配套行业一起合作。（3）促进回收利用中国钕铁硼材料产业的生产工艺相对落后，在生 产使用过程中往往会产生 20% 的废料，如车削块、油浸废料等，因而 为避免造成资源的浪费、 环境的破坏污染， 中国应加快研发废弃的钕 铁硼材料的回收利用技术，这有利于钕铁硼产业持续发展。结论：钕铁硼在我国的储量巨大，但因生产工艺的落后，导致价格低 廉。不过，至今已取得很大进步。钕铁硼的发展空间很广，应用领域 也愈加广泛，因其性能优异，可显著提高某些器材的性能。但稀土是 不可再生资源， 对生产工艺和回收的进步提出了要求。 中国应利用储量的优势，占据稀土发展的制高点参考文献：1、刘涛，周磊，程星华 . 烧结钕铁硼添加合金元素的研究进展 J. 金属功能材料， 2011，(2)：43-45 。2、靳树森 . 钕铁硼磁性材料的市场发展建议 J . 中国金属通报， 2011 ，(17) ： 67-68 。3、周寿增 , 董清飞 .超强永磁体 .北京：冶金工业出版社4、我国烧结钕铁硼产业的发展及其生产工艺刘文昌金属世界 2008年第6期5、Nd,Dy含量对高磁能积烧结NdFeB磁性能和耐蚀性影响于濂 清 1, 黄翠翠 2, 袁永锋 3粉末冶金工业，第 18卷第6期，2008 年12月；6、 Zr 对钕铁硼磁体性能稳定性的影响 于濂清 1，黄翠翠 2第 38 卷 第 3 期 稀有金属材料与工程 2009 年 3 月