Masato Sagawa, Yasuhiro Une
Daido Steel Co., Ltd., Nagoya, Japan

自從(cong)燒結釹鐵硼（NdFeB）磁體問世(shi)以來(lai)，它一直被譽為世(shi)界上磁性最強的(de)(de)磁體。然而(er)，它存在一個缺陷，即當溫度升高(gao)(gao)時(shi)，其(qi)矯頑力會迅速下降。為了解決這一問題(ti)，人們提出了一種方法(fa)，即通(tong)過部(bu)分替換(huan)釹（Nd）為鏑(di)（Dy），來(lai)提高(gao)(gao)主相的(de)(de)各向異(yi)性，從(cong)而(er)提高(gao)(gao)其(qi)矯頑力。這一替代方法(fa)的(de)(de)發現(xian)推動了燒結釹鐵硼磁體的(de)(de)工業化生產，但也同時(shi)帶來(lai)了新(xin)的(de)(de)挑戰(zhan)。

正如前文(wen)所述，通過向原材料(liao)合金中(zhong)添加鏑（Dy）和(he)(he)鋱（Tb），可(ke)以相(xiang)對簡(jian)單地制備高矯頑(wan)力的(de)(de)(de)(de)燒結(jie)釹(nv)(nv)鐵硼磁體。然而，值得(de)(de)注意的(de)(de)(de)(de)是，重(zhong)稀(xi)(xi)(xi)土元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)資源(yuan)相(xiang)對于輕稀(xi)(xi)(xi)土元(yuan)(yuan)素(su)(su)釹(nv)(nv)（Nd）和(he)(he)鐠（Pr）來說要稀(xi)(xi)(xi)缺得(de)(de)多,如果未(wei)來大量在(zai)(zai)電動汽車驅動電機中(zhong)使用燒結(jie)釹(nv)(nv)鐵硼磁體，那(nei)么重(zhong)稀(xi)(xi)(xi)土元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)供應將(jiang)顯(xian)然無法滿足需求。此外，當將(jiang)鏑（Dy）或鋱（Tb）添加到(dao)Nd2Fe14B相(xiang)中(zhong)時，這些元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)磁矩(ju)方向與釹(nv)(nv)和(he)(he)鐵相(xiang)反(fan)，從而導致磁體的(de)(de)(de)(de)飽和(he)(he)磁化強度降低(di)。因此，研究人員一直在(zai)(zai)致力于尋找解決溫度特性問題的(de)(de)(de)(de)方法，以盡(jin)可(ke)能減少(shao)對重(zhong)稀(xi)(xi)(xi)土元(yuan)(yuan)素(su)(su)的(de)(de)(de)(de)依賴。

一種(zhong)方法(fa)是(shi)細(xi)化釹(nv)鐵硼燒結(jie)磁(ci)體(ti)的(de)晶粒(li)尺寸。通過(guo)使(shi)用(yong)3μm的(de)粉末，可(ke)以將燒結(jie)釹(nv)鐵硼磁(ci)體(ti)的(de)矯頑力提高到16kOe，比工業中(zhong)通常使(shi)用(yong)的(de)5μm粉末制成(cheng)的(de)燒結(jie)磁(ci)體(ti)要(yao)高3kOe；

另一種方(fang)法(fa)是晶(jing)界擴(kuo)散。通過使(shi)用鋱(te)（Tb）的(de)晶(jing)界擴(kuo)散方(fang)法(fa)，也可以將(jiang)磁(ci)體的(de)矯頑(wan)力提高(gao)約(yue)7 kOe。

通(tong)過這兩種方法，燒結釹(nv)鐵(tie)硼磁(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)矯(jiao)頑(wan)力(li)(li)可以提高到23kOe，而使(shi)用常規標(biao)準粉末(mo)（直(zhi)徑5μm）制成的(de)(de)(de)(de)燒結釹(nv)鐵(tie)硼磁(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)矯(jiao)頑(wan)力(li)(li)為(wei)13kOe。結合晶界擴(kuo)散(san)技術，磁(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)矯(jiao)頑(wan)力(li)(li)極限可達到20kOe。為(wei)了獲得(de)25kOe的(de)(de)(de)(de)矯(jiao)頑(wan)力(li)(li)（電動汽車驅動電機(ji)磁(ci)體(ti)性能(neng)要求下限值），大多(duo)數(shu)生(sheng)產商會向燒結釹(nv)鐵(tie)硼磁(ci)體(ti)的(de)(de)(de)(de)基(ji)材(cai)中添加約3％的(de)(de)(de)(de)鏑（Dy）。

電(dian)動汽車驅動電(dian)機所(suo)需的(de)(de)磁(ci)體(ti)需要大量(liang)的(de)(de)鏑(di)（Dy），是(shi)(shi)因為(wei)電(dian)機中的(de)(de)磁(ci)體(ti)溫度(du)可能(neng)升高到200°C。導(dao)致這(zhe)一現(xian)象(xiang)的(de)(de)原因之一是(shi)(shi)磁(ci)體(ti)和電(dian)機中的(de)(de)鐵芯(xin)相互運動產(chan)生的(de)(de)渦(wo)(wo)流發熱(re)。為(wei)了降低渦(wo)(wo)流發熱(re)，鐵芯(xin)通常由0.2-0.3mm厚的(de)(de)硅(gui)鋼薄片(pian)疊壓制成(cheng)。但是(shi)(shi)，燒結(jie)釹鐵硼(peng)磁(ci)體(ti)薄片(pian)制造成(cheng)本較高，而采用層疊方式制造的(de)(de)多層磁(ci)體(ti)也價格(ge)不菲，因此真正適用于(yu)電(dian)動汽車驅動電(dian)機的(de)(de)磁(ci)體(ti)還尚(shang)未在工業生產(chan)中實現(xian)。

對此，本文作者之一佐川(chuan)真(zhen)人(ren)（M. Sagawa）提出了一種新型多層(ceng)燒(shao)結釹鐵(tie)硼(peng)磁(ci)體構(gou)想。與當前的(de)非層(ceng)壓(ya)磁(ci)體相比，這種磁(ci)體在(zai)成(cheng)本方(fang)面具有競爭(zheng)力，在(zai)磁(ci)性能方(fang)面卻(que)更為優越，適用于下(xia)一代電動(dong)汽車驅動(dong)電機(ji)。其(qi)制造(zao)方(fang)法如下(xia)：

（1）釹鐵硼合(he)金粉(fen)末微粒直徑為3μm；

（2）制造厚度2毫米的(de)燒結釹(nv)鐵硼磁體薄(bo)片，無(wu)需(xu)進(jin)行任何(he)加工；

（3）將鋱（Tb）或(huo)(huo)鏑（Dy）氧化(hua)物(wu)或(huo)(huo)氟化(hua)物(wu)粉末(mo)涂敷在厚度2mm的單元磁體薄(bo)片表面（用量0.3wt%）；

（4）將涂有重稀土粉末的單元磁體薄片層疊，之(zhi)后(hou)在溫度700–800°C，壓(ya)力30–50MPa下熱壓(ya)，之(zhi)后(hou)在800–900°C的溫度熱處(chu)理(li)約10小(xiao)時，以增強晶(jing)界擴散效應，之(zhi)后(hou)再經過500°C熱處(chu)理(li)。

以這種方法制造的多層燒(shao)結磁體被稱為新型多層燒(shao)結釹鐵硼磁體，具有以下特點：

（1）低渦流損(sun)耗(hao)：這些(xie)多(duo)層(ceng)(ceng)磁體由(you)厚度2mm的(de)(de)單元磁體組(zu)成，極大降低了電機運行(xing)過程中產(chan)生(sheng)的(de)(de)渦流損(sun)耗(hao)。初步(bu)的(de)(de)模擬(ni)結(jie)果表(biao)明，多(duo)層(ceng)(ceng)磁體在工作時產(chan)生(sheng)的(de)(de)渦流損(sun)耗(hao)僅(jin)有原先的(de)(de)1/100；

（2）高(gao)磁性能：原(yuan)有燒結(jie)磁體中不含(han)重(zhong)稀(xi)土(tu)元素(su)，因此(ci)其剩(sheng)余磁感(gan)應強度(du)（Br）較高(gao)。因為每個(ge)厚(hou)度(du)2毫(hao)米的磁體單元薄片中都加入了重(zhong)稀(xi)土(tu)材料(liao)，晶界擴散處理非常高(gao)效且均勻，可以(yi)使樣(yang)品的Br達到14KGs，HcJ為25KOe；

（3）高(gao)材料利(li)用(yong)(yong)率(lv)：多層磁體(ti)燒(shao)結(jie)后無需任何加工，材料利(li)用(yong)(yong)率(lv)接近100％，可以(yi)降低高(gao)昂的(de)加工成本。重稀土(tu)元素的(de)用(yong)(yong)量被限制在(zai)(zai)0.3wt%，這種用(yong)(yong)量的(de)重稀土(tu)元素在(zai)(zai)豐富的(de)稀土(tu)礦石(shi)中，如獨(du)居石(shi)和(he)氟碳(tan)鈰礦中可以(yi)找到(dao)。

總之(zhi)，新(xin)型多層(ceng)燒結釹鐵硼(peng)磁(ci)體具有低渦流損失、高(gao)磁(ci)性能以及高(gao)利用率等特(te)點，使(shi)其(qi)成為下一(yi)代(dai)電動汽車驅動電機用磁(ci)體極具吸引(yin)力的選擇。

在不(bu)久的(de)(de)將(jiang)來(lai)，新型多層燒結釹(nv)(nv)鐵硼(peng)磁(ci)體將(jiang)成為(wei)全(quan)球電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)驅動(dong)電(dian)機(ji)的(de)(de)主流選擇。電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)(de)普及將(jiang)有(you)(you)助于減(jian)緩全(quan)球變暖(nuan)的(de)(de)趨勢(shi)，而新型多層燒結釹(nv)(nv)鐵硼(peng)磁(ci)體作為(wei)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)關鍵部(bu)件(jian)的(de)(de)使用(yong)，將(jiang)促進提升電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)的(de)(de)性能和(he)效率，有(you)(you)望在推(tui)動(dong)電(dian)動(dong)汽(qi)車(che)技術的(de)(de)普及和(he)環(huan)保交通方式的(de)(de)轉型中(zhong)發揮重要(yao)作用(yong)。

（摘譯自《MODERN PERMANENT MAGNETS》，僅供參考學(xue)習）