直驱、半直驱永磁风力发电机用 高性能烧结钕铁硼永磁体简介

一、公司简介 绵阳西磁磁电有限公司成立于2002年1月，由中国电子科技集团公司第九研究所下属全资子公司—绵阳西磁科技有限公司与深圳市鑫高益磁材有限公司及赵导文等自然人共同出资组建而成，是专业从事高性能烧结钕铁硼永磁材料研发、生产与应用的高新技术企业。公司于2006年通过ISO9001国际质量管理体系认证，2007年通过四川省科技厅高新技术企业认定。公司在长期的烧结钕铁硼磁体理论和应用研究过程中积累了丰富的经验，取得了一系列科技成果，培养出一大批优秀的烧结钕铁硼永磁体研发人才，产品质量稳定、一致性好，受到广大客户的好评。 作为中国电子科技集团公司第九研究所下属公司，公司能够第一时间了解磁性材料行业最新动态，了解磁性材料市场的最新走向，便于及时作出各项调整以提高产品质量和获得更大市场竞争力。 公司生产车间现占地5000余平方米，2011年5月将搬进灾后重建的约10000平方米的新厂房。公司拥有全套烧结钕铁硼磁体的生产检验设备，包括VI-50R真空感应熔炼炉、XZHD-500(F)旋转式氢碎炉、GCFM400-2高速冲击式风选磨机、QLM300-5型气流磨、ZCY350LB封闭式自动磁场压机、DJYJ500冷等静压、VS-200RPA封闭式真空烧结炉、SCH-3590D脉冲充磁机、KMI全自动涂装流水线、各类磁体后加工设备如磨床、线切割机床等、各类磁性材料性能检测设备等。公司2010年烧结钕铁硼磁体实际产量达1000吨，为西南地区最大烧结钕铁硼磁体生产基地。 二、高性能烧结钕铁硼永磁体在永磁风力发电机中的应用 永磁风力发电机用高性能烧结钕铁硼永磁体的开发利用，对提高永磁风力发电机的工作效率、延长其使用寿命、降低其维护周期起着决定性的作用。 目前永磁风力发电机市场的主流机型包括1.5MW永磁直驱/半直驱风力发电机、2.64MW永磁高速风力发电机及2.5~3MW永磁直驱/半直驱风力发电机。单机容量1.5MW的风力发电机约需用高性能烧结钕铁硼磁体1.2吨。根据相关媒体报道的《新能源产业振兴规划草案初定》一文，到2020 年底中国风电装机容量将达到100-120GW。按其报道，则2008-2020 年总装机容量复合增长率达20%。如果全部以1.5MW 风机计算，可新增风机7.2 万台；如果永磁风机渗透率能在2020 年达到50%，则仅国内就可新增风电用高性能烧结钕铁硼永磁体需求3.6 万吨。从全球来看，按照2012 年全球风机装机容量的预测值，以30%的永磁风机渗透率测算，2012年全球风电用高性能烧结钕铁硼永磁体新增需求可达3.3 万吨，将占烧结钕铁硼永磁全球年产量30%左右。由此可见风电市场将为烧结钕铁硼永磁行业发展提供更加广阔的空间。 三、永磁风力发电机用高性能烧结钕铁硼永磁体技术要求 （一）基本性能牌号要求 永磁风力发电机设计时，为获得高的气隙磁密，同时抵抗电机运转存在的交变退磁场、以及负荷突然变化产生瞬间大电流引起的退磁场作用，要求选择最大磁能积(BH)max及内禀矫顽力HCJ均足够高的烧结钕铁硼永磁体。目前风电市场所需烧结钕铁硼永磁材料常见牌号为：N38SH~N42SH、N38UH~N40UH，各牌号磁体基本性能参见《GB/T 13560-2009 烧结钕铁硼永磁材料》。 （二）特殊要求 下面以芬兰TheSwitch公司1.5MW永磁直驱风力发电机所需N38SH高性能烧结钕铁硼磁体为例，详细介绍永磁风力发电机用高性能烧结钕铁硼永磁体的特殊技术要求。 1、磁性能 （1）测试试样：每炉随机抽取产品磁体2件以上，每块磁体均布取9个试样，加工成标准测试试样，并标明取样位臵。 （2）测试方法：按GB/T3217永磁（硬磁）材料磁性试验方法和国标相关试验方法。 （3）性能要求： 剩磁Br≥1.26T、典型值1.30T (20℃)；

内禀矫顽力HCJ≥1592kA/m (20℃)；

内禀矫顽力HCJ≥517kA/m (150℃)；

矫顽力HCB≥924kA/m (20℃)；

最大磁能积(BH)max≥302kJ/m3、典型值318kJ/m3 (20℃)； 剩磁Br的温度系数：优于-0.11%/K(20-150℃)； 内禀矫顽力HCJ的温度系数：优于-0.55%/K(20-150℃)； 最高连续工作温度：150℃ （标准试样）； 退磁曲线：120℃时B-H退磁曲线基本呈直线，或拐点不高于0.1T。 2、其他性能要求 （1）失重特性 a) 测试试样：Φ10×10mm未进行任何表面处理的试样，数量5件。 b) 测试条件：参照采用HAST标准进行测试，测试条件规定为：温度130℃，相对湿度95%，压力0.26MPa，时间480小时；如测试手段达不到以上规定条件，也可参照PCT标准进行测试，测试条件规定为：温度121℃，相对湿度100%，压力0.205MPa，时间96小时。 c) 性能要求：参照HAST规定条件测试，最大失重不超过3.0mg/cm2，平均失重不超过2.0mg/cm2；参照PCT规定条件测试，最大失重不超过1.0mg/cm2，平均失重不超过0.7mg/cm2；两种测试条件结果不一致或需仲裁时，以参照HAST规定条件测试结果为准。 （2）热减磁特性 a) 测试试样：使用全尺寸磁体或相同Pc值（0.42）试样，数量3件。 b) 测试条件：磁开路状态下，100℃保温4小时。 c) 性能要求：平均不可逆磁通损失率＜0.5%，单磁体最大不可逆磁通损失率＜1.0%。 （3）磁性能一致性 a) 测试试样：相同和不同批次全部产品磁体及标准试样。 b) 测试条件：相同测试温度，相同测量设备，标准样品测试退磁曲线，产品磁体测试磁通。 性能要求：不同即交货批次全部产品磁体磁通最大性能差小于3.0%，同一合同交货批次全部产品磁体磁通最大性能差小于2.0%，统计结果呈 正态分布；交货批次全部抽检磁体标准试样退磁曲线参数剩磁差异优于2.0%；单块磁体的全部9个标准试样室温退磁曲线剩磁差异优于1.0%。 （4）表磁分布形态及一致性 a) 测试试样：随机抽取交货产品磁体总数的5%。 b) 测试条件：相同测试温度，相同测量设备；产品磁体表面磁感分布，允许只测量磁体长度和宽度中间轴线上的磁感分布。 性能要求：全部被测磁体表面磁感分布曲线形态对称、峰谷差异小，形态一致性好；中心线表磁分布全部曲线峰值及谷值磁感应强度最大差异均小于对应磁感应强度平均值的3.0%。 （5）磁体组合件的磁通一致性 a) 测试试样：经过磁体性能优化组合后的成品磁体装配组件。 b) 测试条件：相同测试温度，相同测量设备；测试组件磁通。 c) 性能要求：不同交货批次全部磁体组件磁通差异小于1.0%，相同交货批次全部磁体组件磁通差异小于0.8%。 3、表面处理要求 磁体表面采用镀锌或环氧（电泳）处理，也可以采用锌、环氧复合镀层，具体处理要求以订货要求为准；表面电镀处理后磁体尺寸应符合图纸要求，镀层光洁，无肉眼可见缺陷或污损；镀锌层耐腐蚀性能要求达中性盐雾48小时以上，环氧（电泳）镀层耐腐蚀性能要求达中性盐雾96小时以上，复合镀层耐腐蚀性能要求达中性盐雾120小时以上。 4、外观要求 （1）磁体外观完整，不允许有肉眼可见裂纹及PT探伤裂纹。 （2）表面处理前，磁体允许有很小的加工缺陷（包括边、角、表面），但单块磁体累计缺陷不超过3个，有缺陷的磁体数量不超过交货批次总数的5%。 a) 磁体任意表面不允许存在Φ1.0 mm以上的凹坑缺陷，Φ1.0 mm以下的凹坑每面不超过一个,单块磁体全部表面不超过2个，Φ0.5 mm以下一般不认为是凹坑缺陷，但接近Φ0.5 mm的凹坑缺陷上下表面均不能超过3个。 b) 单块磁体边、角缺陷总数不能超过2处，最大碰损宽度（或深度）尺寸不超过1.5mm，长度不大于3.0 mm。 c) 不允许有规定之外的其它缺陷。 （3）磁体不得有任何形式的拼接和粘补。 （4）除规定外观损失外，磁体不能有任何其它肉眼可见缺陷。 （5）磁体镀层要求无肉眼可见缺陷，不允许任何大小的鼓泡现象；镀层均匀、饱满、光洁、色差小。 （6）磁体表面应干净、光洁，无肉眼可见污痕；磁体表面无变色( 允许无水乙醇擦拭)。 四、永磁风力发电机用高性能烧结钕铁硼永磁体关键技术 由上述内容可知，风电用高性能烧结钕铁硼永磁体要求具有高磁性能一致性、高温度稳定性及高耐腐蚀性，而要制备如此高性能磁体需采用和突破如下所述关键工艺技术。 （一）配方成分优化 合理优化配方中各元素含量，在满足磁体各项磁性能指标的同时使制备工艺较易控制，同时有利于提高磁体耐腐蚀性。 （二）速凝薄片工艺技术（Strip Casting） 通过合理控制速凝薄片工艺参数，抑制合金中软磁性相或非磁性相（如α—Fe或者非晶）生成，以提高磁体中主相含量，这是制备高性能烧结磁体的基础。 （三）微细粉工艺技术 采用氢破碎（Hydrogen Decrepitation）与气流磨制粉（Jet Milling）相结合的制粉工艺技术，使制备的磁粉平均粒度3～5μm、粒度分布较窄且呈近似正态分布，同时磁粉颗粒呈较为规则的球形或多边形。粒度分布较好、颗粒形状较为规则的磁粉利于磁场取向以提高磁体磁性能，同时也是制备高耐腐蚀性烧结钕铁硼永磁体的关键。 （四）低氧无氧串联工艺技术 该工艺使材料熔炼、破碎制粉、压制成型、烧结各个工序衔接过程形成一个低氧/无氧环境，降低磁体制备过程中的吸氧量，使磁体最终氧含量≤1500ppm，这是制备高性能烧结磁体的关键。 （五）均匀化烧结及热处理工艺技术 烧结及热处理工艺对磁体性能起着至关重要的作用，如何控制烧结及热处理工艺是使磁体获得高磁性能及高磁性能均匀性的关键。 （六）磁体表面涂覆工艺技术 除了使烧结磁体具有高耐腐蚀性以外，磁体表面处理也至关重要，能够进一步提高磁体耐腐蚀性能。因此，高耐腐蚀性表面涂覆工艺开发也是制备风电用高性能烧结钕铁硼永磁体的关键。 五、公司风电磁体开发情况 公司自2007年开始风电磁体的开发，先后前往金风科技、德阳东方电机厂等单位调研，于2008年成功开发风电用N40SH高性能烧结钕铁硼磁体的开发（目前已用于德阳东方电机厂1.5MW永磁直驱风力发电机样机上），并于当年成功申报国家发明专利（《一种高性价比高耐腐蚀性烧结钕铁硼磁体及制备方法》，目前已进入公示阶段）。 瞄准永磁风力发电广阔的市场前景，公司正新增投资2000于万元用于永磁风力发电用高性能烧结钕铁硼永磁体生产线的建设：新增600kg磁性合金真空速凝炉1台、低氧全自动磁场成型压机1台、六室连续烧结炉2台、低氧无氧串接系统1套、全自动磁体电镀生产线1条，以及各种检测设备如激光粒度测试仪、HAST试验箱等多台。 随着公司新厂房的搬迁及高性能烧结磁体生产线的新建，公司将进一步提高永磁风力发电用高性能烧结钕铁硼永磁体的技术开发水平，同时与德阳东方电机厂展开更为广泛的技术合作，以开拓我公司风力发电用高性能烧结钕铁硼永磁体的市场。 注：公司产品目录及风电用N40SH磁体报价附后。