中國(guó)粉體網(wǎng)訊  常見的永磁材料通常分為三類，分別是稀土永磁材料、鐵氧體永磁材料和金屬永磁材料。稀土永磁材料是一類以稀土金屬元素RE和過(guò)渡族金屬元素TM所形成的金屬間化合物為基礎(chǔ)的永磁材料。其應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，涉及汽車工業(yè)、節(jié)能家電、消費(fèi)電子、工業(yè)應(yīng)用、風(fēng)力發(fā)電等，其中汽車行業(yè)是稀土永磁材料的第一大消費(fèi)領(lǐng)域。以“中國(guó)制造2025”五大工程的核心高端裝備創(chuàng)新工程為例，其十大重點(diǎn)領(lǐng)域中，個(gè)個(gè)都有稀土永磁材料應(yīng)用的身影，“工業(yè)味精”也成了他們的贊譽(yù)。

（來(lái)源：廈門鎢業(yè)）

稀土永磁材料在新能源汽車上的應(yīng)用

新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展為稀土永磁產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了良機(jī)，稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)有望迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)空間。

不管是混合動(dòng)力汽車、純電動(dòng)汽車還是剛剛起步的燃料電池汽車，永磁電機(jī)都是必不可少的核心器件之一。稀土永磁材料不但可以促進(jìn)永磁電機(jī)向著輕型化和小型化的方向發(fā)展，也可以使其性能大大提高。以10kW的電機(jī)為例，采用稀土永磁材料制作的電機(jī)重量為90kg左右，而采用常規(guī)永磁材料制作的電機(jī)重量可達(dá)220kg，相當(dāng)于永磁電機(jī)的2.5倍。在體積上，70W的稀土永磁微電機(jī)是電流勵(lì)磁微電機(jī)的1/4，是鐵氧體勵(lì)磁微電機(jī)的1/2。所以，稀土永磁電機(jī)無(wú)論是在重量上還是在體積上，都比其他同性能的電機(jī)更具優(yōu)勢(shì)，是新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)的首選產(chǎn)品。

劍橋大學(xué)開發(fā)出不使用稀土元素的高性能磁鐵制造方法

據(jù)彭博社報(bào)道，劍橋大學(xué)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)和來(lái)自?shī)W地利的合作者找到了一種可能替代稀土磁鐵的新方法——鐵-鎳（Tetrataenite）。根據(jù)該大學(xué)的一篇研究論文，這可能成為稀土永磁的替代品。

（來(lái)源：彭博社）

根據(jù)中國(guó)科學(xué)院此前公布的資料顯示，Tetrataenite由50％的鐵和50％的鎳組成，鐵和鎳原子交替排列，為規(guī)則的周期性晶體結(jié)構(gòu)。它產(chǎn)生一種硬磁，即磁化方向不會(huì)輕易改變，其磁性能接近稀土磁體。1960年代，研究人員通過(guò)用中子轟擊鐵鎳合金來(lái)人工制造鐵-鎳，使原子形成有序堆疊，但這種技術(shù)并不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

在這項(xiàng)研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)，通過(guò)添加常見的磷元素，有望大規(guī)模地人工制造鐵-鎳，而無(wú)需進(jìn)行任何專門處理或使用高成本技術(shù)。研究人員表示，隕石中存在的磷，可以使鐵和鎳原子移動(dòng)得更快，從而形成必要的有序堆疊，而無(wú)需等待數(shù)百萬(wàn)年。通過(guò)混合適量的鐵、鎳和磷，可將鐵-鎳的形成速度提高11-15個(gè)數(shù)量級(jí)。這一簡(jiǎn)單的鑄造過(guò)程只需幾秒即可完成。

（來(lái)源：劍橋大學(xué)）

盡管這種鐵-鎳生產(chǎn)方法富有前景，但研究人員還需進(jìn)一步確定其是否適用于高性能磁鐵。該團(tuán)隊(duì)希望，能與主要磁鐵制造商達(dá)成合作。如果劍橋大學(xué)發(fā)現(xiàn)的這種生產(chǎn)工藝在商業(yè)上被證明可行，它可能會(huì)替代稀土永磁在電動(dòng)汽車上的應(yīng)用。

欲擺脫對(duì)中國(guó)稀土永磁材料依賴的歐盟

中國(guó)不僅稀土儲(chǔ)量最多，同時(shí)具備全球最完備的稀土永磁產(chǎn)業(yè)鏈，也是全球最重要的稀土永磁生產(chǎn)基地。根據(jù)中國(guó)稀土行業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，2021年中國(guó)稀土永磁材料產(chǎn)量及消耗量分別達(dá)到21.33、16.07萬(wàn)噸，居全球首位。

中國(guó)是歐盟最大的稀土供應(yīng)國(guó)，滿足了歐盟98%的稀土進(jìn)口需求。隨著新能源汽車時(shí)代的到來(lái)，中國(guó)在稀土永磁材料方面的強(qiáng)勢(shì)，卡住了歐盟新能源汽車的脖子，也影響了歐盟2030年減排55%的目標(biāo)及2050年的碳中和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為擺脫對(duì)中國(guó)稀土的依賴，歐盟此前已采取一系列措施。

一是致力于增強(qiáng)自身的稀土永磁材料供應(yīng)能力

2020年年底歐盟建立了歐洲原材料聯(lián)盟（ERMA），以確保歐盟在減少碳排放的同時(shí)擁有所需的一系列關(guān)鍵礦物原料，并將稀土作為重中之重。歐盟的目標(biāo)是在當(dāng)?shù)貏?chuàng)建稀土開采、加工和磁鐵行業(yè)，以減少對(duì)中國(guó)供應(yīng)商的依賴。尤其稀土永磁，到2050年，歐盟對(duì)這種材料的需求將激增10倍。

去年9月，歐盟公布了一項(xiàng)總額達(dá)到17億歐元的稀土產(chǎn)業(yè)投資計(jì)劃，呼吁歐盟各成員國(guó)政府和制造商通過(guò)補(bǔ)貼及銷售配額等方式支持稀土開采和加工，從而減少歐盟對(duì)中國(guó)稀土出口的依賴。歐洲原材料聯(lián)盟（ERMA）稱，這項(xiàng)投資計(jì)劃包含14個(gè)項(xiàng)目，涉及從采礦到稀土永磁材料生產(chǎn)等多個(gè)領(lǐng)域。該機(jī)構(gòu)還建議歐盟每年投資2億歐元以提高歐盟的稀土永磁材料產(chǎn)量，希望到2030年歐盟的稀土永磁產(chǎn)量能達(dá)到區(qū)內(nèi)需求的五分之一。

今年9月，馮德萊恩宣布了《歐洲關(guān)鍵原材料法案》，該法案強(qiáng)調(diào)將明確“整個(gè)供應(yīng)鏈上的戰(zhàn)略項(xiàng)目”——包括開采、提煉、加工和回收——以便在“供應(yīng)面臨風(fēng)險(xiǎn)”的行業(yè)積累戰(zhàn)略儲(chǔ)備。

二是發(fā)展新項(xiàng)目、新工藝

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，歐盟國(guó)家稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展止步不前。目前歐盟正與SUSMAGPRO（以工業(yè)為基礎(chǔ)的財(cái)團(tuán)， 由 19 個(gè)項(xiàng)目合作伙伴和一個(gè)來(lái)自 9 個(gè)歐洲國(guó)家的關(guān)聯(lián)伙伴組成）聯(lián)手開展循環(huán)經(jīng)濟(jì)中稀土磁體的可持續(xù)回收、再加工和再利用等方面的項(xiàng)目。

SUSMAGPRO是2019年6月啟動(dòng)的項(xiàng)目，該項(xiàng)目分為4個(gè)回收試點(diǎn)和4種再處理路線。其中4個(gè)回收試點(diǎn)分別為：STENA（瑞典哈爾姆斯塔德，計(jì)劃每年6噸釹鐵硼粉末）、University of Birmingham（英國(guó)伯明翰學(xué)校，于2021年年初計(jì)劃建設(shè)， 計(jì)劃容量50噸/年釹鐵硼粉末）、Magneti Ljubljana d.d.（瑪涅蒂盧布爾雅那，計(jì)劃50噸 /年釹鐵硼粉末）和Min Plus（MIMplus技術(shù)，10噸/年釹鐵硼粉末）。4 種再處理路線分別是Magneti Ljubljana d.d.（斯洛文尼亞）、Kolektor（德國(guó)）、Mimplus Technologies （德國(guó)）和Less Common Metal（英國(guó)）。所有四種路線的成熟計(jì)劃產(chǎn)能：大于100噸/年的鑄造合金和永磁體。

此外，為了避免對(duì)Pr、Nd、Dy、Tb 等稀缺稀土元素的依賴，一些新配方（SmFeN 永磁材料）、新工藝（結(jié)晶擴(kuò)散、晶粒細(xì)化、熱壓/熱變形技術(shù)）成為開發(fā)重點(diǎn)，同時(shí)繼續(xù)通過(guò)新的專利申請(qǐng)維持在行業(yè)內(nèi)的技術(shù)壟斷地位。

三是尋找稀土永磁的替代材料

除了上述劍橋大學(xué)的研究，早在2018年，由法國(guó)圖盧茲納米物體物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的莉薩-瑪麗·拉克羅伊領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組便通過(guò)使用鈷納米棒而不是稀土元素開發(fā)了一種特性類似于釹基配方的稀土永磁材料。鈷納米棒是一種新型磁性材料，與樂(lè)高積木相似的是，研究人員將鈷納米棒排列在一個(gè)外部磁場(chǎng)中，并在冷高壓下將其壓實(shí)，以產(chǎn)生宏觀磁鐵。這種強(qiáng)磁結(jié)構(gòu)有望用于制造未來(lái)的永磁發(fā)電機(jī)、微型馬達(dá)以及其他一些需要大電流且具有高能量密度的器件。不過(guò)鈷硬磁材料并不完備，而且鈷礦有毒，在提取生產(chǎn)過(guò)程中面臨著不小的環(huán)境和道德問(wèn)題，但可以減少對(duì)中國(guó)稀土礦的依賴。 

2020年，英國(guó)利茲大學(xué)的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種鈷的混合薄膜，具有天然的磁性。同時(shí)，它上面還有覆蓋了巴克明斯特富勒烯分子。這是一種獨(dú)特形態(tài)的碳結(jié)構(gòu)，也正是因?yàn)檫@一結(jié)構(gòu)，讓鈷的磁性強(qiáng)度得到了巨大的增強(qiáng)。這種新型材料的發(fā)現(xiàn)，讓人們看到了替代稀土永磁體的希望。但是科學(xué)家們?nèi)孕枰�進(jìn)一步進(jìn)行研究，因?yàn)楝F(xiàn)在這一特殊材料需要在低溫條件下才會(huì)有強(qiáng)磁場(chǎng)，所以研究人員下一步就要研制出在常溫下的混合性磁性材料。

參考資料：

1、鄒婧玲，《乘風(fēng)破浪——稀土永磁新時(shí)代發(fā)展淺析》

2、吉力強(qiáng)等，《輕稀土資源現(xiàn)狀及在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用》

3、蓋世汽車，《劍橋大學(xué)開發(fā)高性能磁鐵制造方法無(wú)需使用稀土元素》

4、觀察者網(wǎng)《為減少對(duì)中國(guó)稀土依賴，歐盟計(jì)劃投17億歐元》

5、有色冶金節(jié)能，《為減少對(duì)中國(guó)稀土依賴，歐盟計(jì)劃投17億歐元》

6、中國(guó)白銀網(wǎng)，《利茲大學(xué)研發(fā)新型無(wú)稀土環(huán)保磁體 可用于消費(fèi)電子產(chǎn)品/電動(dòng)汽車等》

（中國(guó)粉體網(wǎng)編輯整理/長(zhǎng)安）

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