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      東芝開發出釹磁鐵替代品,高溫性能相當

      ◇更新整理:   ◇瀏覽:168次   ◇更新時間:2012-11-06  

       


        東芝開發出了在100℃以上的溫度環境下剩磁通密度與燒結釹鐵硼(Nd-Fe-B)磁鐵(Nd磁鐵)相當的燒結釤鈷磁鐵(Sm-Co磁鐵)。據該公司介紹,該產品可以替代在100℃以上的環境下使用的馬達等所采用的耐熱型Nd磁鐵。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

      Nd磁鐵隨著使用溫度的升高,矯頑力會大幅降低,因此耐熱型Nd磁鐵通過添加鏑(Dy)來防止矯頑力降低。實際上,耐熱型Nd磁鐵已用于混合動力車(HEV)及純電動汽車(EV)等電動汽車的驅動馬達、空調等的壓縮機以及工業馬達。 

        不過,耐熱型Nd磁鐵存在原料供應不穩定的問題。因為Dy的產地集中在中國,其供應會隨著中國出口政策而大幅變動。即使現在中國對日本重新開放稀土進口,Dy的交易價格也高達每公斤1000多美元。 

        因此,東芝“希望增加強力磁鐵的候選項”,所以著眼于磁性僅次于Nd磁鐵的Sm-Co磁鐵。Sm-Co磁鐵中的Sm雖然也是稀土,但產地分布在美國及澳大利亞等多個國家,出現供應問題的可能性較小。 

        Sm的價格現在是每公斤100美元左右。Co的價格最近也穩定在了每公斤20~30美元價位上。 

      將Fe的添加比例提高到了25%重量比 

        之所以能實現高剩磁通密度,是因為提高了Sm-Co磁鐵中鐵(Fe)的添加比例。此次開發的Sm-Co磁鐵將Fe濃度提高到了20~25%重量比(圖1)。眾所周知,通過增加Fe添加比例,可以提高磁力,但以前只能添加15%重量比。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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      圖1:東芝開發出高濃度添加了Fe的Sm-Co磁鐵
      東芝開發出了含有25%重量比Fe的Sm-Co磁鐵(a)。原來的工藝提高Fe濃度時,會有富銅相析出,不表現矯頑力,而通過調整工藝,抑制了富銅相的生長,實現了高矯頑力(b)。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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        Sm-Co磁鐵表現矯頑力源于由Sm、Co及Fe構成的微細雙層分離型結晶構造。為了形成這種微細雙層分離型結晶構造而添加了銅(Cu),但將Fe濃度提高到15%重量比以上時,原來的工藝有富銅相析出,導致磁鐵的矯頑力欠佳。 

        此次,東芝通過調整燒結溫度及從升溫到冷卻的工藝,發現了Cu均勻混合而不析出富銅相的量產條件。起始原料的品質跟原來相同。因此,能夠利用原來的工藝制造。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

      利用工業馬達實測 

        Fe濃度為25%重量比的Sm-Co磁鐵在100℃以上溫度下的剩磁通密度超過了耐熱型Nd磁鐵(圖2)。東芝未公布具體的剩磁通密度,不過在12k~13kG。而Nd磁鐵在室溫下的剩磁通密度很高,但隨著溫度升高,即使添加了Dy,在100℃以上的溫度下剩磁通密度也減小。NE120917to3.jpgYks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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      圖2:在100℃以上的溫度下性能超過耐熱型Nd磁鐵
      Fe濃度為25%重量比的Sm-Co磁鐵在100℃以上的溫度范圍內,剩磁通密度超過添加了Dy的耐熱型Nd磁鐵。剩磁通密度的具體數值未公布,因此未標刻度。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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        東芝采用10kW以上的工業用可變速馬達比較了此次開發的Sm-Co磁鐵和耐熱型Nd磁鐵的性能(圖3)。使用內部磁鐵(I PM)型馬達,驅動時的溫度為80~100℃。Fe濃度提高到了20%重量比的Sm-Co磁鐵比耐熱型Nd磁鐵的扭矩稍低,但較大效率達到了96~97%,與使用Nd磁鐵相當。該公司預計如果采用Fe濃度提高到了25%重量比的Sm-Co磁鐵,“可與耐熱型Nd磁鐵匹敵”。 Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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      圖3:實測值也接近Nd磁鐵
      采用工業用馬達測量了Fe濃度為20%重量比的Sm-Co磁鐵和耐熱型Nd磁石的性能。Fe濃度為20%重量比時,扭矩稍低,但馬達的較大效率基本相同,為96~97%。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

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        東芝計劃2012年度內樣品供應此次開發的磁鐵。量產事宜未定,估計由子公司東芝材料或者大型磁鐵企業生產。 

        Sm-Co磁鐵的居里溫度高達700℃以上,耐熱性高,耐腐蝕性也很出色。但容易破碎。因此,代替Nd磁鐵時,需要考慮在不改變設計的前提下能否使用。如果能夠直接使用,樣品供貨后半年左右便可推出配備產品。東芝的目標是應用于在高溫環境下使用的馬達等鑒于工作溫度限制輸出功率的馬達。Yks強力磁鐵廠家_東莞磁鐵廠家

       

      ◇標簽:

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