2013年01月10日10:27 来源：人民网-财经频道
东芝公司2012年8月宣布，开发出了完全不使用镝（Dy）的马达用高性能磁铁。但让市场震惊的是，这种磁铁竟然是钐钴（Sm-Co）磁铁。
自1980年代初期磁力和价格均优于钐钴磁铁的钕铁硼（Nd-Fe-B）类磁铁（以下称钕磁铁）被开发出来之后，强磁铁的主流就一直是钕磁铁。钐钴磁铁的复活与主流正好相悖。
钐钴磁铁重新登上历史舞台的关键词是“镝”和“中国”。钕磁铁的魅力在于代表磁铁强度的剩余磁通密度较高，但同时这种磁铁也存在严重缺陷，那就是耐热性低，在高温环境下剩余磁通密度会降低。钕磁铁的发明者佐川真人回顾当时的情况说：“（开发之初）耐热性只有50℃左右。”
解决这一问题的关键是稀土元素镝*1。添加镝之后，随着添加量的增加，可以提高代表耐热性的矫顽力*2。比如，要求耐热性达到170～200℃以上、用于混合动力车（HEV）及纯电动汽车（EV）驱动马达的磁铁就按6～10％的重量比添加了镝。不需要像HEV及EV马达那么高耐热性的空调压缩机马达用磁铁也按4～6％的比例添加镝，HDD硬盘磁头致动器等使用的磁铁则按1～2％的比例添加镝（图1）。
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图1：钕磁铁的性能与镝添加量的关系 如果增加镝添加量，矫顽力（耐热性）就会提高，但会导致表示磁铁强度的剩余磁通密度降低。 |
*1 也有一些产品使用铽（Tb）。
*2 矫顽力和耐热性：如果矫顽力较低，温度升高时就会导致剩余磁通密度降低，从而造成磁铁性能下降。矫顽力的准确定义是：使磁化至技术饱和的永磁体的磁感应强度降低至零所需要的反向磁场强度。
如果不通过添加镝来提高耐热性，钕磁铁就不会普及。但在2010年，日本业界普遍开始对镝的供货感到不安。
无法买到镝？
这种不安源于稀土的“中国风险”。无论是以往还是现在，镝的绝大部分产量都集中在中国。中国设置稀土出口配额限制之后，缩小了镝的供应量。受此影响，2009年之前价格一直在每公斤100～200美元左右的镝，从2010年开始价格急剧上涨，到了2011年中期，竟然暴涨至3500美元以上（图2）。东芝称“目前也仍然保持在每公斤1000美元以上的高价位”。而且，因为中国采用出口配额制度，除了价格问题之外，还存在企业即使想掏高价购买也无法买到的风险。因此，日本的省镝及脱镝化要求迅速高涨。
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图2：镝、钕、钐的价格变化 镝在2009年之前一直为每公斤100～200美元，2011年中期暴涨至3500美元以上。 |
为了应对这样的情况，东芝开发出了钐钴磁铁，这种磁铁与钕磁铁不同，根本就不需要添加镝，而且耐热性也很出色。东芝利用这一优点，同时还调整了材料构成比例，从而大幅提高了磁特性。最终，提高了在所有温度区域的剩余磁通密度，尤其在100℃以上的区域，剩余磁通密度超过了添加镝的耐热型钕磁铁（图3）。
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图3：新开发的钐钴磁铁的耐热性 东芝开发的钐钴磁铁将铁的重量比例提高到了25％，在100℃以上的高温区域内具备超过钕磁铁的剩余磁通密度。 |
争取首先在工业用途实现实用化
东芝的新型磁铁之所以能够提高剩余磁通密度，是因为提高了钐钴磁铁添加的铁含量。尽管这种方法很早以前就为业界所知，但一直存在局限。其原因是，如果将铁的重量比例提高至15％以上，就会因添加的副成分铜（Cu）聚集在一起而产生富铜相，导致耐热性迅速降低。因此，以前铁的重量比例极限是15％。
东芝研究开发中心功能材料研究室研究主管樱田新哉介绍说，技术人员在此次的开发过程中“优化了冲压及烧结时的温度变化等约20个因素，找到了将铁的重量比例提高至20～25％时也不会产生富铜相的条件”。据称，通过扩展这项技术，还有望进一步提高铁的比例。
东芝使用含铁量为20％的新型钐钴磁铁，试制出了工业用马达，并与耐热型钕磁铁马达进行了性能对比*3。对比结果显示，在80～100℃温度下用钐钴磁铁马达驱动设备时，扭矩稍低于钕磁铁马达，而最大效率可达到钕磁铁马达的96～97％，基本为同等水平。樱田称：“如果使用铁含量为25％的钐钴磁铁，性能有望接近甚至超过使用耐热型钕磁铁的马达。”
*3 东芝并未公开对比的耐热型钕磁铁的镝添加量。
价格方面，尽管目前并未进行精确的推算，但樱田指出：“如果镝的价格仍保持在目前的每公斤1000美元以上，新型钐钴磁铁就具有原料成本方面的优势。”东芝打算在2013年3月底之前使新型钐钴磁铁形成业务，将首先面向工业用马达用途开展业务，然后再向HEV、EV、铁路、机床及电梯等使用的马达推广。（日经技术在线！ 供稿）
