钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用

《钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《钕铁硼永磁材料的生产现状、发展及应用（11页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、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

2、.1.5风力发电 84 结语 95 致谢 9参考文献 9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；AbstractTo discuss the development prospects of NdFeB permanent magnet materials, and find the problems in development. Theproduction and applicat

3、ion statusof NdFeB permanent magnet materials was summarized and analyzed focusing on applicationfield. The results show that NdFeB permanent magnet materials will step into a new stage of development, and the future is bright.Keyword: NdFeB; permanent magnetic materials; production; applications;第

4、5 页 共 10 页内蒙古科技大学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

5、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

6、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NEOMA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，

7、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 SmC05和Sm2Coi

8、7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 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440KJm-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

9、 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

10、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

11、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

12、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。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 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

13、、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 第 7 页 共 10 页内蒙古科技大学生发热退磁，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。(3) 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钕铁硼永磁材料的应用3.1钕铁硼永磁材料主要应用领

14、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.1:The application field of NdFeB permanent magnet materials in 2009应用领域所占比例

15、(%)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

16、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，以提高汽车自身的安全性能，增加一定的舒适度，进而使汽车的性能进一步提升。 钕 铁硼组成的永磁体不但体积小且具有高磁能， 相比传统磁体所产生的动力大得多， 简言之，就是稀土永磁体的电效率非常高。因此，汽车制造中采用稀土永磁体， 因其质量轻、尺寸小等特点，可以更好的节约能源，同时还可以提升设计的灵活 性。将来汽车制造中磁体性能将随着汽车的小型化、 轻量化、高性能化趋势也会要求提高、这将会给稀土磁体带来发展契机 63.1.2 电机行业钕铁硼永磁体的优异性能革新了整个电机领域。 稀土永磁电机将是最终趋势。 在工业节

17、能电机方面， 我国重点耗能行业的风机、 水泵、 压缩机等通用设备耗电 约占40%以上，年用电量超过5000亿kWh。据推断，使用钕铁硼永磁无铁芯电 机可提高其拖动通用设备的系统运行效率 20%40%，且节电潜力 1000 亿2 000 亿kW/h。而因钕铁硼永磁电机构造中无激磁线圈和铁心，其磁体实体体积相比 传统磁体的磁场极要小， 且由于其优异性能， 要使输出功率不变， 磁体体积和质 量可减少约 30% , 或体积、质量不变时，得到的输出功率将增大约 50%。目前，中国风电发电设备市场规模已达千亿元。在目前装备的各类风力发电 机组中 . 永磁风力发电机就能使风力发电的效率提高到 85%以上。同

18、时，永磁发 电机可将风力机与发电机直接祸合， 由此可去掉变速箱， 使其工作更稳定， 还降 低系统噪音，以达减少系统维护费用。到 2015 年中国风电有望实现 1 亿 kW 装 机容量，若按照每台 1MW 级永磁风力发电机需用钦铁硼 0.61.5 t 计算，这将要 消耗 6 万15 万 t 钕铁硼，从这方面来看， 稀土永磁材料有着广阔的应用空间 7。3.1.3 节能家电节能家电也是未来钕铁硼重要的替代应用领域， 稀土永磁电机将被广泛运用 于空调机、 空气压缩机、 风机等家用电器领域。 目前在日本和欧美等国 90%左右 的空调均为变频空调、 但中国目前应用较少。 变频空调由于具有舒适、 节能等特

19、点，已成为未来的一种趋势。 在变频空调领域， 2010 年中国变频空调出货量 3000 万台，每台平均消耗钕铁硼成品 0.17kg，折合毛坯0.28kg左右，每年需要钕铁 硼毛坯8500 to目前中国变频空调的市场份额只有 10%，日本市场的占有率却高 达 90%以上 8。由此可见，变频空调对钕铁硼的需求弹性还很大，将成为拉动钕 铁硼产业需求迅速成长的强劲引擎。由于中国家电市场巨大，变频家电的发展， 必将为钕铁硼永磁开拓一个新的应用领域。3.1.4 信息技术产业信息产品对高性能稀土永磁材料需求不断攀升， 未来随着信息产品存储容量 和处理性能要求的不断提高， 硬、软磁盘和光盘驱动器均需要高性能烧

20、结和粘结 永磁材料；随着技术水平的提高，记录密度也不断攀升，如超过 1TB 的硬盘， 蓝光DVD等，因而对磁性材料的性能要求也越来越高。据统计，每年用于制造 计算机驱动器所消耗的稀土磁体达 4 kt，是稀土磁体的最主要市场，占据其总销 量的 50%10 o3.1.5 风力发电风力发电是一种较为廉价且储量十分丰富的新型清洁能源， 未来面临着良好 的发展机遇。国内企业所生产的钦铁硼磁体，已能够满足风力发电机组对性能的 要求，如果永磁风电机组得到广泛的应用，将为钕铁硼产业带来巨大的需求。但 因风力发电机往往需要克服高温、 严寒、风蚀潮湿等恶劣的环境， 使得其工作寿 命比较短。而现阶段，风力发电机基本

21、都采用稀土永磁体来制成， 其不仅发电效 率高及自重轻，还具有优异的耐蚀能力，能够很好完成发电工作任务。据国家机 械产品质量监测中心的数据显示， 使用钕铁硼永磁作为悬浮轴承的发电机， 其输 出功率增加约 20%，即风速不变情况下，发电量增加 20%。由此可见，稀土永 磁材料将会是风力发电领域的长期需求 9。目前，稀土材料的新应用增长点在不断增多。目前正在研制的磁悬浮列车对 钕铁硼的用量将超过所有领域， 而若在正式线路应用， 稀土磁体的需求量将会空 前庞大。目前，中国已经形成自己的钕铁硼产业体系，依靠资源和成本优势，行 业发展迅速，特别是进入 21 世纪以后，中国的磁性材料行业年增长率都超过了 2

22、0%4 。4 结语 从总体上讲，我国稀土磁体的生产、使用、市场竞争等方面，与国外相比还 有相当差距，有待加强和提高。 NdFeB 永磁材料的高性能使得高新技术产业中 的磁器件高效化、 小型化、 轻型化成为可能， 使许多过去不可能应用永磁材料的 领域开始使用磁器件， 因而开辟了一些全新的永磁应用领域。 新型稀土系永磁材 料的研究日益深入和广泛， 预期不久的将来新的材料会不断开发出来， 相信随着 稀土永磁材料应用的扩展，定会迎来一个永磁高新技术应用的新时代。5 致谢本论文是在我的导师董博士的亲切关怀和悉心指导下完成的。 她严谨的科学 态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人

23、的崇高 风范，朴实无华、 平易近人的人格魅力深深地感染和激励着我。 从课题的选择到 项目的最终完成， 董老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持， 在此谨向董老 师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。参考文献1 陈晋，钕铁硼永磁材料的生产应用及发展前景J.铸造技术.2012.398-3992 钟明龙,刘徽平,我国钕铁硼永磁材料产业技术现状与发展趋势J .电子元件与材料.2013.6-83 Ounnunkad S, Improving magnetic properties of barium hexaferrites by La or Pr substitutionJ.Solid State Commu

24、n, 2006,138: 472-475.4 胡文艳钕铁硼永磁材料的性能及研究进展J,现代电子技术，152-155周寿增,高学绪烧结钕铁硼永磁材料产业现状与挑战J新材料产业,2011, 5:8-15.6 刘文昌.我国烧结钕铁硼产业的发展及其生产工艺J .金属世界 , 2008, 15(6):4-6.7 蒋龙,喻晓军.中国烧结钕铁硼永磁产业回顾及展望J.新材料产业，2011,5: 1-7.8 饶先发，陈久昌，岳武卫等.赣州钕铁硼磁性材料的产业现状与发展趋势J.江西有色金属 , 2009, 23(4): 24-27.9 肖方明 .广东省稀土产业技术路线图M. 广州 :华南理工大学出版社 , 2011:105-108.10 张修海 ,熊惟皓 ,李燕芳等 .成型工艺对粘结 NdFeB 磁体力学性能的影响 J. 电子元件与材料 , 2008, 27(5): 15-18.第 11 页 共 10 页