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

自從燒結(jié)釹鐵硼（NdFeB）磁體問世以來，它一直被譽(yù)為世界上磁性最強(qiáng)的磁體。然而，它存在一個缺陷，即當(dāng)溫度升高時，其矯頑力會迅速下降。為了解決這一問題，人們提出了一種方法，即通過部分替換釹（Nd）為鏑（Dy），來提高主相的各向異性，從而提高其矯頑力。這一替代方法的發(fā)現(xiàn)推動了燒結(jié)釹鐵硼磁體的工業(yè)化生產(chǎn)，但也同時帶來了新的挑戰(zhàn)。

正如前文所述，通過向原材料合金中添加鏑（Dy）和鋱（Tb），可以相對簡單地制備高矯頑力的燒結(jié)釹鐵硼磁體。然而，值得注意的是，重稀土元素的資源相對于輕稀土元素釹（Nd）和鐠（Pr）來說要稀缺得多,如果未來大量在電動汽車驅(qū)動電機(jī)中使用燒結(jié)釹鐵硼磁體，那么重稀土元素的供應(yīng)將顯然無法滿足需求。此外，當(dāng)將鏑（Dy）或鋱（Tb）添加到Nd2Fe14B相中時，這些元素的磁矩方向與釹和鐵相反，從而導(dǎo)致磁體的飽和磁化強(qiáng)度降低。因此，研究人員一直在致力于尋找解決溫度特性問題的方法，以盡可能減少對重稀土元素的依賴。

一種方法是細(xì)化釹鐵硼燒結(jié)磁體的晶粒尺寸。通過使用3μm的粉末，可以將燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力提高到16kOe，比工業(yè)中通常使用的5μm粉末制成的燒結(jié)磁體要高3kOe；

另一種方法是晶界擴(kuò)散。通過使用鋱（Tb）的晶界擴(kuò)散方法，也可以將磁體的矯頑力提高約7 kOe。

通過這兩種方法，燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力可以提高到23kOe，而使用常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)粉末（直徑5μm）制成的燒結(jié)釹鐵硼磁體的矯頑力為13kOe。結(jié)合晶界擴(kuò)散技術(shù)，磁體的矯頑力極限可達(dá)到20kOe。為了獲得25kOe的矯頑力（電動汽車驅(qū)動電機(jī)磁體性能要求下限值），大多數(shù)生產(chǎn)商會向燒結(jié)釹鐵硼磁體的基材中添加約3％的鏑（Dy）。

電動汽車驅(qū)動電機(jī)所需的磁體需要大量的鏑（Dy），是因?yàn)殡姍C(jī)中的磁體溫度可能升高到200°C。導(dǎo)致這一現(xiàn)象的原因之一是磁體和電機(jī)中的鐵芯相互運(yùn)動產(chǎn)生的渦流發(fā)熱。為了降低渦流發(fā)熱，鐵芯通常由0.2-0.3mm厚的硅鋼薄片疊壓制成。但是，燒結(jié)釹鐵硼磁體薄片制造成本較高，而采用層疊方式制造的多層磁體也價格不菲，因此真正適用于電動汽車驅(qū)動電機(jī)的磁體還尚未在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)。

對此，本文作者之一佐川真人（M. Sagawa）提出了一種新型多層燒結(jié)釹鐵硼磁體構(gòu)想。與當(dāng)前的非層壓磁體相比，這種磁體在成本方面具有競爭力，在磁性能方面卻更為優(yōu)越，適用于下一代電動汽車驅(qū)動電機(jī)。其制造方法如下：

（1）釹鐵硼合金粉末微粒直徑為3μm；

（2）制造厚度2毫米的燒結(jié)釹鐵硼磁體薄片，無需進(jìn)行任何加工；

（3）將鋱（Tb）或鏑（Dy）氧化物或氟化物粉末涂敷在厚度2mm的單元磁體薄片表面（用量0.3wt%）；

（4）將涂有重稀土粉末的單元磁體薄片層疊，之后在溫度700–800°C，壓力30–50MPa下熱壓，之后在800–900°C的溫度熱處理約10小時，以增強(qiáng)晶界擴(kuò)散效應(yīng)，之后再經(jīng)過500°C熱處理。

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

（1）低渦流損耗：這些多層磁體由厚度2mm的單元磁體組成，極大降低了電機(jī)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的渦流損耗。初步的模擬結(jié)果表明，多層磁體在工作時產(chǎn)生的渦流損耗僅有原先的1/100；

（2）高磁性能：原有燒結(jié)磁體中不含重稀土元素，因此其剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度（Br）較高。因?yàn)槊總€厚度2毫米的磁體單元薄片中都加入了重稀土材料，晶界擴(kuò)散處理非常高效且均勻，可以使樣品的Br達(dá)到14KGs，HcJ為25KOe；

（3）高材料利用率：多層磁體燒結(jié)后無需任何加工，材料利用率接近100％，可以降低高昂的加工成本。重稀土元素的用量被限制在0.3wt%，這種用量的重稀土元素在豐富的稀土礦石中，如獨(dú)居石和氟碳鈰礦中可以找到。

總之，新型多層燒結(jié)釹鐵硼磁體具有低渦流損失、高磁性能以及高利用率等特點(diǎn)，使其成為下一代電動汽車驅(qū)動電機(jī)用磁體極具吸引力的選擇。

在不久的將來，新型多層燒結(jié)釹鐵硼磁體將成為全球電動汽車驅(qū)動電機(jī)的主流選擇。電動汽車的普及將有助于減緩全球變暖的趨勢，而新型多層燒結(jié)釹鐵硼磁體作為電動汽車關(guān)鍵部件的使用，將促進(jìn)提升電動汽車的性能和效率，有望在推動電動汽車技術(shù)的普及和環(huán)保交通方式的轉(zhuǎn)型中發(fā)揮重要作用。

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