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實驗室。(資料照片)

產品圖。(資料照片)

大到風力發電、新能源汽車，小到智能手機、電腦硬盤，在這些設備的內部，你都會發現一種必不可少的新型材料——稀土永磁材料。隨著我國經濟和科學技術的迅猛發展，稀土永磁材料在電子、計算機、信息通訊、醫療、航空航天、汽車、風電、環保節能等傳統和新興領域都發揮著至關重要的作用，已成為促進高新技術發展和當代經濟進步不可替代的關鍵材料。以“中國制造2025”五大工程的核心高端裝備創新工程為例，其十大重點領域中，個個都有稀土永磁材料應用的身影，將它比喻成無處不在的“工業味精”，也毫不為過。

小小的磁鐵，大大的能量

磁性是物質最基本的屬性之一，早在3000年以前就被人們認識和利用。單個永磁體大家都知道，它的磁力線是封閉的，可是多個永磁體組合起來的磁力線是怎樣的?1979年，美國學者Klaus Halbach把多個永磁體按特殊規律組合起來，發現有許多特殊的磁力線表現，并得到了一些特殊的應用。從此，科學家們對此產生了濃厚的興趣，發現了越來越多的有實用價值的永磁體組合，學界將其統稱為Halbach磁鐵。

磁性材料主要分為軟磁、永磁、矩磁、旋磁、壓磁等五大類，廣泛應用于國民經濟的各個領域。其中，永磁材料俗稱“磁鐵”“吸鐵石”，經外磁場磁化以后，能保持恒定磁性，在我們生活中隨處可見，如箱包的紐扣、指南針、音響喇叭就是由這種材料制成。

永磁材料又分為稀土永磁材料和非稀土永磁材料。稀土永磁材料是當前磁性能最高、應用最廣的一類永磁材料，是新能源汽車、風力發電、節能家電、智能制造等領域進步和發展的重要支撐材料。“得益于對稀土永磁材料生產技術的開發創新，磁體的體積越來越小，其磁性能卻越來越高。一片重量約2g的高性能磁體，可以吸附其自身重量64倍以上的物件。”稀土永磁材料國家重點實驗室秘書、高級工程師劉友好介紹，如果將稀土永磁材料用在信號傳動裝置上，裝置的關鍵部件體積和重量可以大大減小，且信號傳遞更加精準。2017年由工信部、國家發改委、科技部、財政部聯合下發的《新材料產業發展指南》明確指出，“加快實現稀土磁性材料及應用器件產業化”“大力發展稀土永磁節能電機及配套稀土永磁材料的應用”。目前，已實現應用的燒結釹鐵硼磁體稀土永磁材料因其高磁能積、高性價比的優勢，市場占有率超過95%。

據不完全統計，近年來稀土永磁材料的電機類應用比例已超過60%，從電動自行車到新能源汽車、從油田電機到礦山機械、從電動工具到電梯曳引機、從機器人到無人飛機，從空調壓縮機到水泵風機，從大型天文望遠鏡到核聚變反應裝置、從風力發電到水力發電、從計算機到手機、從吸塵器到玩具，稀土永磁應用遍及世界各個角落，如同地球磁場一樣無處不在。

種類繁多的稀土永磁材料

稀土永磁材料國家重點實驗室位于合肥市廬江縣，是2015年經科技部批準，依托安徽大地熊新材料股份有限公司進行建設和運行的企業國家重點實驗室。走進實驗室展廳，可以看到各式各樣的釹鐵硼磁體，有方形、圓形、瓦形、梯形等不同形狀的磁體；有表面帶有鋅、銅、鎳等不同金屬鍍層的磁體；也有鑲嵌在汽車電機轉子、震動馬達、音響等零配件上的磁體。近年來，實驗室結合釹鐵硼磁體的制備工藝和微觀結構特點，突破了高矯頑力、耐高溫、低失重等高性能/超高性能稀土永磁材料制備技術，構建了以粉體表面改性、晶界修飾、強織構模壓成型等技術為核心的稀土永磁材料制備技術體系。在該領域，實驗室制定了國家標準7項（已實施4項，報批中3項），申請專利27件（其中發明專利20件），授權專利15件（其中發明專利8件）。

此外，實驗室完成了高性能/超高磁性能燒結釹鐵硼永磁材料的開發，材料的內稟矯頑力和最大磁能積數值之和最高可達到79.5；完成了高熱穩定性燒結釹鐵硼永磁材料的開發，磁體的最高使用溫度可達到250℃；完成了高耐蝕性稀土永磁材料的開發，磁體經500小時的高壓加速老化壽命試驗，材料經腐蝕失重小于2mg/c㎡。研究開發的“33TH型超高矯頑力燒結釹鐵硼永磁體”“汽車電機用48SH型燒結釹鐵硼永磁體”入選安徽省新產品，磁體綜合性能達到國內領先、國際先進水平，滿足了新能源汽車驅動電機、工業機器人、變頻空調壓縮機電機等領域的應用需求。

為了提高稀土永磁的涂層防護能力，實驗室還開發出綠色/高效防護技術體系，制定了國家標準3項，申請專利24件，授權專利16件。其中，“高端稀土永磁電機用磁體及其表面綠色防護產業化關鍵技術開發”項目獲安徽省科技進步一等獎1項，“稀土永磁材料防腐關鍵技術創新與產業化應用”項目獲冶金科學技術三等獎1項。通過對燒結釹鐵硼磁體在不同使用環境中腐蝕失效機理的研究，實驗室開發出低排放的稀土永磁表面前處理工藝、真空蒸鍍Al鍍層技術、噴涂鋅鋁涂層技術等新型綠色涂層及復合涂層技術，使得磁體表面前處理過程污染物排放量減少90%，鍍層結合力提高30%，耐鹽霧試驗時間超過1000小時、高壓加速老化壽命試驗時間超過600小時。

科技助力，讓稀土永磁材料循環利用

自20世紀80年代第三代稀土永磁材料釹鐵硼問世后，磁應用就出現爆炸性增長，到2000年，我國已成為稀土永磁材料的最大生產與應用國家。稀土永磁材料應用技術具有無源（不需要額外提供電能）、無接觸（隔空作用，無機械磨損）、結構簡單、節能環保、穩定可靠等多種突出優勢。此外，稀土永磁電機也因效率高、功率密度高、力矩（轉矩）高、體積小、噪音小、溫升小、穩定性可靠性好等特點，近年來日益受到人們的喜愛。

“在稀土永磁材料需求日益旺盛的當下，研究廢舊磁體綠色再生產業化技術十分重要。”實驗室負責人介紹，實驗室牽頭制定了我國首部《再生燒結釹鐵硼永磁材料》國家標準，參與制定了《釹鐵硼廢料化學分析方法第1部分：稀土氧化物總量的測定》行業標準，正在起草《稀土釹鐵硼磁體廢料分類、一般要求和驗收條件》國際標準、《釹鐵硼生產加工回收料》國家標準和《廢舊燒結釹鐵硼磁體再生利用技術規范》行業標準各1項，申請專利2件，授權專利1件。其中，《42H型再生燒結釹鐵硼永磁體》入選安徽省新產品，“稀土永磁二次資源綠色再生新技術及產業化”獲教育部技術發明一等獎，“稀土永磁工業固廢的高效回收和再利用”獲安徽省科技進步三等獎。

多年來，實驗室致力于開發廢舊塊狀磁體和加工油泥的短流程快速高效再生技術，實現了稀土資源的循環利用。再生磁體的主要性能達到甚至超過了原始磁體的性能，其他性能也與原始磁體相當，可以替代普通磁體應用于各領域。廢舊磁體再生利用技術達到國內領先、國際先進水平，完善了“制造—消費—回收—再利用”稀土資源循環經濟鏈，緩解了稀土行業對原生礦產資源的過度依賴。

（實習生 劉文鳳 本網記者 汪永安）