2013年01月10日10:27 來源：人民網-財經頻道
東芝公司2012年8月宣布，開發出了完全不使用鏑（Dy）的馬達用高性能磁鐵。但讓市場震驚的是，這種磁鐵竟然是釤鈷（Sm-Co）磁鐵。
自1980年代初期磁力和價格均優於釤鈷磁鐵的釹鐵硼（Nd-Fe-B）類磁鐵（以下稱釹磁鐵）被開發出來之后，強磁鐵的主流就一直是釹磁鐵。釤鈷磁鐵的復活與主流正好相悖。
釤鈷磁鐵重新登上歷史舞台的關鍵詞是“鏑”和“中國”。釹磁鐵的魅力在於代表磁鐵強度的剩余磁通密度較高，但同時這種磁鐵也存在嚴重缺陷，那就是耐熱性低，在高溫環境下剩余磁通密度會降低。釹磁鐵的發明者佐川真人回顧當時的情況說：“（開發之初）耐熱性隻有50℃左右。”
解決這一問題的關鍵是稀土元素鏑*1。添加鏑之后，隨著添加量的增加，可以提高代表耐熱性的矯頑力*2。比如，要求耐熱性達到170∼200℃以上、用於混合動力車（HEV）及純電動汽車（EV）驅動馬達的磁鐵就按6∼10％的重量比添加了鏑。不需要像HEV及EV馬達那麼高耐熱性的空調壓縮機馬達用磁鐵也按4∼6％的比例添加鏑，HDD硬盤磁頭致動器等使用的磁鐵則按1∼2％的比例添加鏑（圖1）。
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圖1：釹磁鐵的性能與鏑添加量的關系 如果增加鏑添加量，矯頑力（耐熱性）就會提高，但會導致表示磁鐵強度的剩余磁通密度降低。 |
*1 也有一些產品使用鋱（Tb）。
*2 矯頑力和耐熱性：如果矯頑力較低，溫度升高時就會導致剩余磁通密度降低，從而造成磁鐵性能下降。矯頑力的准確定義是：使磁化至技術飽和的永磁體的磁感應強度降低至零所需要的反向磁場強度。
如果不通過添加鏑來提高耐熱性，釹磁鐵就不會普及。但在2010年，日本業界普遍開始對鏑的供貨感到不安。
無法買到鏑？
這種不安源於稀土的“中國風險”。無論是以往還是現在，鏑的絕大部分產量都集中在中國。中國設置稀土出口配額限制之后，縮小了鏑的供應量。受此影響，2009年之前價格一直在每公斤100∼200美元左右的鏑，從2010年開始價格急劇上漲，到了2011年中期，竟然暴漲至3500美元以上（圖2）。東芝稱“目前也仍然保持在每公斤1000美元以上的高價位”。而且，因為中國採用出口配額制度，除了價格問題之外，還存在企業即使想掏高價購買也無法買到的風險。因此，日本的省鏑及脫鏑化要求迅速高漲。
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圖2：鏑、釹、釤的價格變化 鏑在2009年之前一直為每公斤100∼200美元，2011年中期暴漲至3500美元以上。 |
為了應對這樣的情況，東芝開發出了釤鈷磁鐵，這種磁鐵與釹磁鐵不同，根本就不需要添加鏑，而且耐熱性也很出色。東芝利用這一優點，同時還調整了材料構成比例，從而大幅提高了磁特性。最終，提高了在所有溫度區域的剩余磁通密度，尤其在100℃以上的區域，剩余磁通密度超過了添加鏑的耐熱型釹磁鐵（圖3）。
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圖3：新開發的釤鈷磁鐵的耐熱性 東芝開發的釤鈷磁鐵將鐵的重量比例提高到了25％，在100℃以上的高溫區域內具備超過釹磁鐵的剩余磁通密度。 |
爭取首先在工業用途實現實用化
東芝的新型磁鐵之所以能夠提高剩余磁通密度，是因為提高了釤鈷磁鐵添加的鐵含量。盡管這種方法很早以前就為業界所知，但一直存在局限。其原因是，如果將鐵的重量比例提高至15％以上，就會因添加的副成分銅（Cu）聚集在一起而產生富銅相，導致耐熱性迅速降低。因此，以前鐵的重量比例極限是15％。
東芝研究開發中心功能材料研究室研究主管櫻田新哉介紹說，技術人員在此次的開發過程中“優化了沖壓及燒結時的溫度變化等約20個因素，找到了將鐵的重量比例提高至20∼25％時也不會產生富銅相的條件”。據稱，通過擴展這項技術，還有望進一步提高鐵的比例。
東芝使用含鐵量為20％的新型釤鈷磁鐵，試制出了工業用馬達，並與耐熱型釹磁鐵馬達進行了性能對比*3。對比結果顯示，在80∼100℃溫度下用釤鈷磁鐵馬達驅動設備時，扭矩稍低於釹磁鐵馬達，而最大效率可達到釹磁鐵馬達的96∼97％，基本為同等水平。櫻田稱：“如果使用鐵含量為25％的釤鈷磁鐵，性能有望接近甚至超過使用耐熱型釹磁鐵的馬達。”
*3 東芝並未公開對比的耐熱型釹磁鐵的鏑添加量。
價格方面，盡管目前並未進行精確的推算，但櫻田指出：“如果鏑的價格仍保持在目前的每公斤1000美元以上，新型釤鈷磁鐵就具有原料成本方面的優勢。”東芝打算在2013年3月底之前使新型釤鈷磁鐵形成業務，將首先面向工業用馬達用途開展業務，然后再向HEV、EV、鐵路、機床及電梯等使用的馬達推廣。（日經技術在線！ 供稿）
