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日本热成型工艺开始对稀土说NO

2016-08-18 290浏览 标签: 钕磁铁
【引言】

在世界上的所有磁铁中钕(Nd)磁铁的磁力最高,适合应用于电动汽车和混合动力汽车中的驱动电机,因此预计在未来对钕(Nd)磁铁的需求将会以指数方式增长。

在电动汽车的驱动电机应用领域,由于钕(Nd)磁铁是在高温环境中工作所以它们必须具有良好的耐高温性能。通常为了达到如此高的耐高温性能,一般需要向钕(Nd)磁铁中添加重稀土(镝Dy和铽Tb)。

然而重稀土元素在全球的分布非常不均并且它们都属于稀有金属,因此采用重稀土元素会增加稳定采购原材料的风险,同时也会直接导致材料成本的提高。所以为了解决混合动力汽车关于钕(Nd)磁铁驱动电机的应用问题,减少重稀土元素的使用一直是一个重大挑战。

【动态内容】

2016年7月12日,日本大同特殊钢(Daido Steel Co.,Ltd.)与本田汽车(Honda Motor Co.,Ltd.)宣布它们共同研发成功了世界上首个不使用重稀土镝(Dy)热变形的钕(Nd)磁铁,且满足混合动力汽车驱动电机高耐热性和高磁性能的需求。此不含重稀土镝(Dy)的热变形钕(Nd)磁铁将首次在下一代“Honda FREED”上应用,并且预计今年秋天正式上市


作为大同特殊钢(Daido)的全资子公司大同电子有限公司(Daido Electronics Co.,Ltd.,)已经通过采用热成型的方法大规模生产钕(Nd)磁铁,这种新工艺与传统热烧结钕(Nd)磁铁的生产方法完全不同。热成型方法是一种先进技术,运用此技术可以使得纳米级晶粒排列更加有序且晶粒尺寸与热烧结磁铁相比小十倍,这样可以使得磁铁的耐热性大大提高。磁铁的晶粒度越细小,那么随着温度的升高磁铁便越不易退磁;大同特殊钢通过成功开发出了针对细小铁磁粉的热变形工艺,新研发的磁铁晶粒直径仅为100~500nm,而一般钕(Nd)磁铁的晶粒度为5~10μm,从而大大提高了磁铁的耐高温性能。

此次大同特殊钢(Daido)与本田联合研发出新的钕(Nd)磁铁,在合作过程中大同特殊钢(Daido)进一步优化了热成型技术,本田则利用其在驱动电机研发方面的丰富经验优化了磁铁的形状。通过这两家公司的共同努力最终成功研发出了世界首个不含重稀土的钕(Nd)磁铁,且满足混合动力汽车驱动电机所要求的高耐热性和高磁性等性能。

此外,本田还设计了一个应用此磁铁的新型电机;除了磁铁的形状,本田还改变了转子的形状以达到优化磁铁磁通量的目的。因此采用热成型工艺生产的无重稀土的钕(Nd)磁铁可以应用于混合动力汽车的驱动电机领域,并且显示转矩、输出功率和耐热性等方面与使用传统磁铁的马达效果相似。
图1无重稀土磁铁

【下一步进展】

本田方面:本田将新研发不含重稀土的钕(Nd)磁铁首次应用在预计2016年秋季上市的新款“FREED”的本田运动混合动力机构“i-DCD”上。同时本田表示在今后研发的新车型中将会继续扩大此新技术的应用。
图2应用于“i-DCD”驱动电机的转子

大同特殊钢方面:长期以来应用于混合动力汽车领域的驱动电机的磁铁被烧结钕(Nd)磁铁垄断,随着热变形钕(Nd)磁铁新技术的研发成功大同特殊钢将开辟一个全新的市场。在日本经济产业省贸易与工业(Ministry of Economy,Trade and Industry—METI)部门的资助下,大同特殊钢在位于中津川市的工厂内建设了一条全新生产线且在2016年8月开始大规模生产和销售这种新型磁铁。

此外,大同特殊钢表示将会继续研发无重稀土磁铁以进一步提高其综合性能;大同特殊钢从麦格昆磁(Magnequench International Inc.)购买用于生产磁铁的原材料磁粉并且宣布将会与麦格昆磁(Magnequench)一起研发用于增强磁铁磁性的新型磁粉。

【动态展望】

虽然钕(Nd)磁铁的残余磁通密度(磁力强度)较大可以保证马达的扭矩但是其耐热性能较差,因此通常需要添加重稀土镝(Dy)或铽(Tb)来提高耐热性能;但是镝(Dy)或铽(Tb)不仅价格昂贵,而且基本上只有我国出产。通过采用这种新技术可以有效的打破长期以来与重稀土相关的约束,扩大钕(Nd)磁铁的应用;同时“无镝”磁铁应用之后,无论我国政府的相关政策如何都可以有效避免相关资源风险,同时也可使得采购渠道变得更加多元化。

与传统的烧结工艺相比,采用优化的热成型技术可以省去长时间的烧结工序,从而大大地降低生产成本;同时对于热成型工艺生产的绝大部分磁铁来说,成型后的形状比较精确可以缩短原来烧结之后切削工序从而进一步的缩短生产时间,最终生产时间可缩短至原来的1/10~1/5。

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