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: RE2TM14B(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α-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。
二、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。
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。
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