东芝开发出钕磁铁替代品,高温性能相当

◇更新整理:   ◇浏览:168次   ◇更新时间:2012-11-06  

 


  东芝开发出了在100℃以上的温度环境下剩磁通密度与烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)磁铁(Nd磁铁)相当的烧结钐钴磁铁(Sm-Co磁铁)。据该公司介绍,该产品可以替代在100℃以上的环境下使用的马达等所采用的耐热型Nd磁铁。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

Nd磁铁随着使用温度的升高,矫顽力会大幅降低,因此耐热型Nd磁铁通过添加镝(Dy)来防止矫顽力降低。实际上,耐热型Nd磁铁已用于混合动力车(HEV)及纯电动汽车(EV)等电动汽车的驱动马达、空调等的压缩机以及工业马达。 

  不过,耐热型Nd磁铁存在原料供应不稳定的问题。因为Dy的产地集中在中国,其供应会随着中国出口政策而大幅变动。即使现在中国对日本重新开放稀土进口,Dy的交易价格也高达每公斤1000多美元。 

  因此,东芝“希望增加永久磁铁的候选项”,所以着眼于磁性仅次于Nd磁铁的Sm-Co磁铁。Sm-Co磁铁中的Sm虽然也是稀土,但产地分布在美国及澳大利亚等多个国家,出现供应问题的可能性较小。 

  Sm的价格现在是每公斤100美元左右。Co的价格最近也稳定在了每公斤20~30美元价位上。 

将Fe的添加比例提高到了25%重量比 

  之所以能实现高剩磁通密度,是因为提高了Sm-Co磁铁中铁(Fe)的添加比例。此次开发的Sm-Co磁铁将Fe浓度提高到了20~25%重量比(图1)。众所周知,通过增加Fe添加比例,可以提高磁力,但以前只能添加15%重量比。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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图1:东芝开发出高浓度添加了Fe的Sm-Co磁铁
东芝开发出了含有25%重量比Fe的Sm-Co磁铁(a)。原来的工艺提高Fe浓度时,会有富铜相析出,不表现矫顽力,而通过调整工艺,抑制了富铜相的生长,实现了高矫顽力(b)。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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  Sm-Co磁铁表现矫顽力源于由Sm、Co及Fe构成的微细双层分离型结晶构造。为了形成这种微细双层分离型结晶构造而添加了铜(Cu),但将Fe浓度提高到15%重量比以上时,原来的工艺有富铜相析出,导致磁铁的矫顽力欠佳。 

  此次,东芝通过调整烧结温度及从升温到冷却的工艺,发现了Cu均匀混合而不析出富铜相的量产条件。起始原料的品质跟原来相同。因此,能够利用原来的工艺制造。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

利用工业马达实测 

  Fe浓度为25%重量比的Sm-Co磁铁在100℃以上温度下的剩磁通密度超过了耐热型Nd磁铁(图2)。东芝未公布具体的剩磁通密度,不过在12k~13kG。而Nd磁铁在室温下的剩磁通密度很高,但随着温度升高,即使添加了Dy,在100℃以上的温度下剩磁通密度也减小。NE120917to3.jpgYks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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图2:在100℃以上的温度下性能超过耐热型Nd磁铁
Fe浓度为25%重量比的Sm-Co磁铁在100℃以上的温度范围内,剩磁通密度超过添加了Dy的耐热型Nd磁铁。剩磁通密度的具体数值未公布,因此未标刻度。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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  东芝采用10kW以上的工业用可变速马达比较了此次开发的Sm-Co磁铁和耐热型Nd磁铁的性能(图3)。使用内部磁铁(I PM)型马达,驱动时的温度为80~100℃。Fe浓度提高到了20%重量比的Sm-Co磁铁比耐热型Nd磁铁的扭矩稍低,但最大效率达到了96~97%,与使用Nd磁铁相当。该公司预计如果采用Fe浓度提高到了25%重量比的Sm-Co磁铁,“可与耐热型Nd磁铁匹敌”。 Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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图3:实测值也接近Nd磁铁
采用工业用马达测量了Fe浓度为20%重量比的Sm-Co磁铁和耐热型Nd磁石的性能。Fe浓度为20%重量比时,扭矩稍低,但马达的最大效率基本相同,为96~97%。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

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  东芝计划2012年度内样品供应此次开发的磁铁。量产事宜未定,估计由子公司东芝材料或者大型磁铁企业生产。 

  Sm-Co磁铁的居里温度高达700℃以上,耐热性高,耐腐蚀性也很出色。但容易破碎。因此,代替Nd磁铁时,需要考虑在不改变设计的前提下能否使用。如果能够直接使用,样品供货后半年左右便可推出配备产品。东芝的目标是应用于在高温环境下使用的马达等鉴于工作温度限制输出功率的马达。Yks强力磁铁厂家_东莞磁铁厂家

 

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