CWIEME洞见 | 永磁材料及应用

孟辉

磁学专家

杭州智见控股集团有限公司

演讲主题：永磁材料及应用

孟辉展会现场演讲照片

目前烧结钕铁硼永磁材料的开发主要围绕提性能和降成本两个方面展开。提性能主要是指提高永磁材料的剩磁和矫顽力。对于剩磁，工业界目前能实现的水平已经接近钕铁硼的理论极限，再进一步提升的空间非常有限。而矫顽力仍有较大的提升空间，原则上提升矫顽力主要可以通过晶粒细化和晶界扩散两种方式实现，但前者由于工艺难度较大而进展缓慢，目前最经济且有效的提升矫顽力是通过晶界扩散工艺实现的。晶界扩散工艺可以在维持剩磁基本不变的情况下，显著地提高矫顽力，是目前制备超高综合性能烧结钕铁硼的主要手段，已在生产实践中得到广泛应用。降成本方面，前述的晶界扩散工艺在制备高性能钕铁硼方面已经较传统工艺具有明显的成本优势，然而最立竿见影的降低成本的方式是使用廉价的高丰度轻稀土镧铈来替代昂贵的中重稀土镨钕镝铽等，不过由于内禀磁性参数较差，目前的镧铈替代工艺主要应用于综合磁性能较弱的稀土永磁材料。

室温下，钕铁硼永磁材料具有最佳的综合磁性能，然而随着温度的升高，其各项磁性能参数均有比较明显的下降趋势。而对于钐钴永磁材料，尽管在室温附近其剩磁和最大磁能积明显低于钕铁硼，但其磁性能参数随温度升高而下降的趋势要明显慢于钕铁硼。这主要是由于钕铁硼的居里温度只有340℃左右，而钐钴的居里温度可达800℃以上。在150℃附近，钐钴的综合磁性能已与部分牌号的钕铁硼接近，而当温度超过200℃时，钐钴的综合磁性能优于所有牌号的钕铁硼。钕铁硼很少被用于超过200℃的工况条件，而钐钴的工作温度可达300℃，经过特殊成分设计的钐钴磁体，其工作温度甚至可达500℃以上。

稀土钐的价格远低于镨钕的价格，更远远低于重稀土镝和铽的价格，因此钐钴的价格明显低于针对高温应用而开发的钕铁硼的价格。如果永磁电机或永磁组件的长期使用工况在150℃以上，采用钐钴磁体相比钕铁硼磁体会具有明显的性能优势和成本优势。

通常认为永磁组件的性能主要取决于所选的永磁材料牌号和永磁组件的大小，然而，永磁组件的磁极分布也会对其磁性能产生显著的影响。通过增加永磁组件的磁极数量，永磁组件表面附近的磁场可以得到极大增强，但随与表面距离增加而衰减的更快。

因此，在作用距离较近时，采用具有较多磁极数量的永磁组件可以极大的增强磁相互作用；而当作用距离较远时，则需要适当减少磁极数量。对于特定的工作气隙，通过优化磁极数量，可以最大限度的减小永磁组件的体积，降低原料成本。

永磁体及其组件只有经过充磁工序之后才能对外界产生磁场，发挥其磁性功能。对于多极永磁组件，可以采用将多个小磁铁充磁后再用胶水粘结的方式进行制作，但这种制作方式有一些明显的缺点，如：磁铁机加工工作量大、组装治具复杂、可能出现极性错误等。

采用一体充磁工艺来制备永磁组件可以克服上述缺点。传统的一体充磁夹具的制作需要依据永磁组件的磁极结构来加工夹具铁芯，再于铁芯上绕制铜导线来完成，加工周期长，制作成本高，且只对于相对简单的磁极结构才能起到较好的充磁效果。

利用新开发的磁打印技术，不再需要定制充磁夹具，可以极大的缩短永磁组件的验证周期，降低开发成本。磁打印技术采用类似针式打印机的方式对永磁体进行逐点充磁，可以在打印精度范围内实现任意磁极分布的充磁。利用磁打印技术制备的永磁组件可以实现一些新颖的功能，例如，一对永磁体之间的磁相互作用可以随着的作用距离的变化而发生吸引力和排斥力之间的相互转变。

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