钐铁氮稀土永磁材料行业分析

摘要：Sm2Fe17Nx稀土永磁材料由于具有优异的内禀赋磁性能，它的饱和磁化强度达1.54T，可与Nd-Fe-B的1.6T相媲美；居里温度为470℃（Nd-Fe-B为312℃）、各向异性场为14T（Nd-Fe-B为8T）均比Nd-Fe-B材料高，并且其耐腐蚀性、热稳定性、抗氧化性也更优于Nd-Fe-B永磁材料已经成为新一代的稀土永磁材料。但是，目前对其矫顽力机制、化学成分优化、渗氮工艺以及制备高性能磁体等方面的产业化研究还不透彻，还需要在优化磁粉加工工艺、开发新的粘结剂与成型方法上做大量工作。

关键词：Sm2Fe17Nx；稀土永磁材料；粘结剂

中图分类号：TM27 文献标识码：A

一、稀土永磁材料发展历程回顾

稀土永磁材料是以稀土金属元素与过渡族金属所形成的金属间化合物为基体的永磁材料，通常称为稀土金属间化合物永磁，简称为稀土永磁。到目前为止，稀土永磁材料经历了三个发展阶段，第四代稀土永磁正在酝酿之中。

20世纪50年代，随着粉末冶金和液相烧结工艺开发与研究的深入，高性能烧结SmCo5永磁体的生产迈入了产业化阶段，第一代稀土永磁材料走向实际应用。随着社会的进步，人们不断的探寻高性能的稀土永磁材料以满足工业日益发展的需求。1977年，Ojima等人用粉末冶金法制出了（BH）max=30MGOe的Sm2（Co，Cu，Fe，Zr）17永磁体，使之成为第二代实用稀土永磁材料的典型代表。高性能Sm-CO永磁体的出现极大地推动了仪器仪表工业和其它现代技术的发展，但由于第一、第二代稀土永磁材料的主要成分为金属Co，这种材料价格昂贵，且又是战略物资，因此，第一和第二代稀土永磁的工业化生产和市场扩展都受到了限制。

20世纪70年代，Clark等人发现将TbFe2化合物做成非晶态并退火后其矫顽力可大大提高，这启示人们将R-Fe化合物做成非晶态，然后通过热处理析出非平衡的新相来实现磁硬化。80年代初，科学家先后采用快速凝固技术系统地研究了Nd-Fe二元系合金的磁特性。后来又向合金加入B元素，其目的是获得非晶态的Nd-Fe合金，却意外地发现这种三元合金具有较高的矫顽力，且居里温度Tc也高，这一发现引发了稀土永磁材料研究的热潮。

与钐钴合金不同，Nd-Fe-B永磁材料用丰富廉价的铁取代了紧缺昂贵的钴，

大大减少了对Co的依赖，大幅度地降低了成本。更重要的是它具有磁性能高，机械力学性能好，性价比高（为Sm-Co永磁材料的140%）等优点，因而在当今磁性材料领域成为一枝独秀，成为第三代永磁材料。

从物理特性上看，Nd-Fe-B永磁体有其固有的弱点，特别是居里温度不高，矫顽力的温度系数大难以应用于高温领域，另外还存在温度稳定性和化学稳定性较差等问题。因此，自20世纪90年代以来，磁学工作者在不断改进Nd-Fe-B 系稀土永磁材料性能的同时，也在探索其它新型的铁基稀土永磁材料，主要侧重在以下几个方面：

①R2（Fe，M）17Ny、R2（Fe，M）17Cy等间隙稀土化合物的研究。

②3：29型R3（FeM）29（Ti，V，Mo等）化合物及其氮化物的磁性能研究。

③具有ThMn12型结构的R（Fe，M）12（M=Ti，V，Mo，si）化碳、氮化合物以及1：7型的碳、氮化合物的结构与磁性研究。

④高性能的纳米复合永磁材料研究。

二、Sm-Fe-N稀土永磁材料发现

由于在R-Fe二元系中，R2Fe17化合物的Ms点普遍较高，稳定性好，并且富铁，因而长期以来，一直为永磁材料工作者所关注。但遗憾的是在二元R2Fe17化合物中，Fe-Fe原子间距过短，他们具有反铁磁交换作用，从而导致R2Fe17化合物的Tc不高（110～119℃），并且多数是易基面，各向异性场低。因此二元的R2Fe17化合物一直未能成为有实用意义的永磁体。

随着时间的推移，情况发生了变化。先是发现稀土金属化合物能吸收大量的氢，吸氢使其磁性能发生显著的变化；接着又发现用少量的磁性或非磁性元素如Al等部分替代R2Fe17中的铁，也可提高2：17化合物的Tc；后来又发现将C 原子引入到Sm2Fe17化合物中，不会改变合金的晶体结构，但使其Tc和Ms均提高，并且将该化合物的易基面转化为易C轴，随C含量的提高其HA提高，室温HA可以达到1.53T。

在这些研究的启迪下，人们开始考虑能否将Sm2Fe17化合物进行改进，使之成为具有永磁特征的材料。

在上述基础上，1990年，作为欧共体"稀土永磁开发与研究计划"首席科学家Coey采用气固反应法成功地合成了一系列R2Fe17Nx化合物，并对它们的结构

和磁性能作了详细研究，发现Sm2Fe17Nx化合物具有优异的内禀磁性能，可作为永磁材料，从而宣告了SmFeN稀土永磁材料的诞生。

Sm2Fe17Nx化合物具有优异的内禀磁性能。它的Js可达1.54T，（BH）max 可达472.0kJ/m3，完全可以和Nd-Fe-B相媲美；同时它的各向异性场约为Nd-Fe-B 永磁体的3倍；居里温度比Nd-Fe-B永磁体高160℃，也正因为如此，Sm2Fe17Nx 稀土永磁材料成为了当今永磁材料研究领域的热点之一。

自Coey等人发现Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料以来，世界各地迅速掀起了研究Sm2Fe17Nx系永磁材料的热潮，当时世界上有上百个试验室投入了这方面的研究。但随后的一系列试验证明这种永磁材料在产业化道路上并不成功，出现了研究时冷时热的局面。

近几年来，随着汽车工业以及电子电器小型化、轻量化的快速发展，人们对永磁体提出了更高的环境使用温度和磁性能要求，Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料作为一种兼有良好温度稳定性和优异磁性能的永磁材料，其潜在应用价值再度引起人们的重视，Sm2Fe17Nx系永磁材料也迎来了新的研究和开发热潮。

三、国外Sm-Fe-N稀土永磁材料产业化进展目前，欧洲和日本在Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料的生产和研究方面处于世界领先地位。

在"稀土永磁开发与研究计划"的支撑下，欧洲以Coey教授为代表的磁材领域的科技工作者在Sm2Fe17Nx的微观结构、磁性形成机理，氮化机理，温度特性等基础领域做了大量的研究工作，为Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料的诞生、发展做出了不可磨灭的贡献，但遗憾的是他们在Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料产业化方面最终未能有所突破。

日本在Sm2Fe17Nx系稀土永磁材料研究方面虽然起步比欧洲晚，但是有多家在磁材领域技术力量雄厚的公司和单位，如日本的广岛大学、日亚化学工业公司、日立金属公司、东芝公司、住友金属矿山公司、大同电子公司、TDK公司等一直在进行Sm2Fe17Nx系永磁材料的研究，在制备工艺、热稳定性、抗氧化、磁性能研究及产业化等方面研究成果显著，现在己能规模化生产高性能的各向同性和各向异性的Sm2Fe17Nx稀土永磁粉及其粘结磁体产品。2000年，日本日亚化学工业公司从一开始就考虑其回收，同时利用现有的生产铁氧体的设备采用还原扩散法生产出了Sm2Fe17Nx稀土永磁粉，该磁粉经注射成型为粘结磁体，其最大磁能