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稀土永磁材料（釹鐵硼）是如何構(gòu)筑制造業(yè)基石的？

發(fā)布時(shí)間：2023年7月5日 | 文章來(lái)源：電機(jī)行業(yè)觀察 | 瀏覽次數(shù)：2,179 | 訪問(wèn)原文
在現(xiàn)代工業(yè)中，電機(jī)無(wú)處不在，從電梯、空調(diào)、新能源車到智能制造機(jī)器人，電機(jī)在分秒不停地運(yùn)轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。然而，電機(jī)內(nèi)部那看不見(jiàn)也摸不著的磁場(chǎng)才是電機(jī)搏動(dòng)的奧秘所在。
那么，如何讓電機(jī)產(chǎn)生足夠強(qiáng)大的磁場(chǎng)呢？或許稀土永磁體是最佳選擇，它具有精準(zhǔn)控制、綠色節(jié)能等優(yōu)勢(shì)。你還記得小時(shí)候玩的吸鐵石嗎？那也是一種永磁材料，但稀土永磁材料的磁性能要高出許多，即便很小的一塊也能具備極強(qiáng)的磁場(chǎng)。因此，它能夠在工業(yè)電機(jī)中形成強(qiáng)大而穩(wěn)定的磁場(chǎng)，取代傳統(tǒng)電機(jī)的勵(lì)磁線圈。
采用永磁電機(jī)能夠帶來(lái)什么好處呢？首先，它比傳統(tǒng)電機(jī)節(jié)能30%以上，其次，它能夠滿足智能制造對(duì)電機(jī)高精度的要求。正因?yàn)槿绱?，有時(shí)候我們也稱永磁電機(jī)為“革命性的產(chǎn)品”。如今，隨著永磁材料需求的大量上升，大批高性能的“吸鐵石”正在走向賦能制造業(yè)的漫漫征途。
“吸鐵石”之威，激蕩電機(jī)市場(chǎng)之浪潮
稀土，這種元素似乎并不起眼，卻是當(dāng)今現(xiàn)代工業(yè)中不可或缺的“維生素”。稀土永磁材料，作為其中最重要的功能材料之一，被譽(yù)為“點(diǎn)石成金”的主要路徑。當(dāng)前，稀土永磁材料已經(jīng)成為工業(yè)界的明星產(chǎn)品，其產(chǎn)值已經(jīng)占到整個(gè)稀土產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值的70%以上。其中，釹鐵硼是其核心產(chǎn)品，而其應(yīng)用領(lǐng)域則遍及新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能環(huán)保等新興產(chǎn)業(yè)。伴隨著“雙碳”戰(zhàn)略的背景下，工業(yè)永磁電機(jī)將成為未來(lái)高性能釹鐵硼永磁材料需求的主要場(chǎng)所。
然而，稀土永磁材料的重要性并不僅僅在于此。隨著現(xiàn)代制造業(yè)的快速發(fā)展，伺服電機(jī)等高精度設(shè)備的需求也愈發(fā)迫切。而傳統(tǒng)電機(jī)很難達(dá)到這些設(shè)備對(duì)精度的嚴(yán)格要求。但是，裝載了高性能釹鐵硼永磁材料的伺服電機(jī)卻能輕松應(yīng)對(duì)，實(shí)現(xiàn)高精度控制，并滿足節(jié)能減排的要求。正是這些高性能、高精度的設(shè)備，才能夠使得現(xiàn)代制造業(yè)更加智能化、高效化，從而提高整個(gè)經(jīng)濟(jì)的生產(chǎn)力。
當(dāng)然，要想制造出高性能、高精度的設(shè)備，離不開(kāi)稀土永磁材料的支持。稀土永磁釹鐵硼速凝合金薄片是生產(chǎn)釹鐵硼磁體的基礎(chǔ)材料，決定著磁性強(qiáng)度及性能優(yōu)劣。這些基礎(chǔ)材料的品質(zhì)十分關(guān)鍵，直接關(guān)系到各種現(xiàn)代科技設(shè)備的性能和質(zhì)量。衛(wèi)星通訊、磁懸浮列車、醫(yī)療磁共振、手機(jī)等都需要用到釹鐵硼磁體，因此稀土永磁材料所屬的先進(jìn)材料產(chǎn)業(yè)集群，已經(jīng)成為支撐國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)原材料工業(yè)。
可以說(shuō)，稀土永磁材料已經(jīng)成為現(xiàn)代制造業(yè)中不可或缺的“鋼鐵”。它的作用遠(yuǎn)不止于此，稀土永磁材料在現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，不僅體現(xiàn)了其重要性，更凸顯了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。稀土永磁材料因其磁性強(qiáng)、溫度穩(wěn)定性好、能耗低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于航空、汽車、電子、新能源等領(lǐng)域。其中，新能源領(lǐng)域?qū)ο⊥劣来挪牧系男枨蟾瞧惹?，尤其是在電機(jī)領(lǐng)域，其需求量不斷增長(zhǎng)。
隨著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，工業(yè)永磁電機(jī)已成為未來(lái)高性能釹鐵硼永磁材料需求主場(chǎng)。這些高性能永磁電機(jī)不僅具有高能效、高精度、高可靠性等特點(diǎn)，而且在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中還能帶來(lái)更多的節(jié)能減排效益，這與國(guó)家號(hào)召的綠色制造戰(zhàn)略不謀而合。
然而，稀土永磁材料的生產(chǎn)和應(yīng)用也面臨著一些挑戰(zhàn)。由于稀土元素在自然界中分布不均，稀土永磁材料的產(chǎn)業(yè)鏈條相對(duì)較長(zhǎng)，從稀土采礦、提取到加工制造，每個(gè)環(huán)節(jié)都需要大量的能源投入和環(huán)境保護(hù)。同時(shí)，稀土永磁材料的供給不穩(wěn)定，市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)大，這也限制了其應(yīng)用范圍和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
因此，為了促進(jìn)稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，需要進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，探索替代材料和新技術(shù)，降低能耗和環(huán)境污染，提高稀土資源利用效率，同時(shí)加強(qiáng)國(guó)際合作，共同推進(jìn)稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
總之，稀土永磁材料作為現(xiàn)代工業(yè)的“維生素”，在工業(yè)生產(chǎn)中具有不可替代的重要作用。未來(lái)，我們需要加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展，以確保稀土永磁材料在新興產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更大的作用，為推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)做出更大的貢獻(xiàn)。
智能制造賦予高性能磁材以靈魂
揭開(kāi)熔煉爐儲(chǔ)料罐，釹鐵硼合金甩帶片閃著亮晶晶的金屬光澤，看似尋常卻獨(dú)具潛能。這種獨(dú)特的材料在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。釹鐵硼永磁材料的晶體結(jié)構(gòu)早在熔煉環(huán)節(jié)就已經(jīng)形成，成型后也要經(jīng)過(guò)燒結(jié)實(shí)現(xiàn)致密化，才能被加工成各種形狀，在充磁后產(chǎn)生強(qiáng)大磁場(chǎng)。但是，要讓這種材料表現(xiàn)出最大的磁性，需要將其潛能發(fā)揮到極致。這就需要在生產(chǎn)過(guò)程中，為材料‘賦予靈魂’。
那么，如何在生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)釹鐵硼材料的最大化潛能？通過(guò)取向成型，我們可以通過(guò)加載取向磁場(chǎng)，對(duì)粉末顆粒的易磁化方向進(jìn)行排列，使其與磁體最終充磁方向一致。這樣，在最終的產(chǎn)品中，我們可以看到釹鐵硼材料所表現(xiàn)出的最大磁性。但是，傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式需要引入人工對(duì)其真空包裝，完成等靜壓操作才能進(jìn)行燒結(jié)。這個(gè)過(guò)程不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且也容易產(chǎn)生不穩(wěn)定的因素。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，晟源公司引入了全自動(dòng)磁場(chǎng)取向成型壓機(jī)和坯料轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了釹鐵硼生產(chǎn)成型和燒結(jié)一體化。這種高連續(xù)化、自動(dòng)化、智能化的產(chǎn)線，不僅大大提高了生產(chǎn)效率，也保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。在產(chǎn)線數(shù)據(jù)方面，不是階段性或區(qū)域性采集，而是全流程采集。這種全流程采集不僅為數(shù)字化和智能化提供了重要基礎(chǔ)，還可以使工藝流程得到連續(xù)周轉(zhuǎn)，從而更好地提高生產(chǎn)效率。
永磁材料，這個(gè)小小的材料卻有著巨大的能量。它們以海綿的形態(tài)存在于我們的生活之中，而磁能積和矯頑力則是它們最核心的兩項(xiàng)指標(biāo)。就像把一塊海綿放入水中，海綿吸水的多少就如同磁能積，將水?dāng)D干的難易程度則相當(dāng)于矯頑力。而高磁能積和高矯頑力則分別代表了強(qiáng)大的磁性能和抗退磁能力，這也是永磁材料能否冠以“高性能”的關(guān)鍵所在。
公開(kāi)資料顯示，永磁同步磁阻電機(jī)中，稀土永磁體占到整個(gè)電機(jī)原材料成本的50%左右，每臺(tái)新能源汽車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般需要2-3.5kg的高性能釹鐵硼永磁材料。這意味著，新能源汽車的普及將大大提高對(duì)稀土永磁材料的需求。然而，行業(yè)內(nèi)的先進(jìn)技術(shù)目前僅可以減少永磁電機(jī)里鏑、鋱等中重稀土的添加量，無(wú)法完全替代稀土。因此，稀土永磁材料在新能源汽車領(lǐng)域的地位無(wú)可替代。
釹鐵硼稀土永磁技術(shù)自20世紀(jì)80年代發(fā)明以來(lái)，已經(jīng)過(guò)去了將近四十年。在這段時(shí)間里，這項(xiàng)技術(shù)正處于大規(guī)模應(yīng)用而方興未艾的發(fā)展階段。新能源和節(jié)能減排是人類努力的方向，也是星辰大海。而釹鐵硼永磁材料正是這一方向的重要支撐，它們?cè)谛履茉雌?、風(fēng)力發(fā)電、磁懸浮列車等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。因此，永磁材料的研究和發(fā)展是一項(xiàng)至關(guān)重要的任務(wù)，它們將為未來(lái)的可持續(xù)發(fā)展提供不竭動(dòng)力。