中国粉体网讯 常见的永磁材料通常分为三类，分别是稀土永磁材料、铁氧体永磁材料和金属永磁材料。稀土永磁材料是一类以稀土金属元素RE和过渡族金属元素TM所形成的金属间化合物为基础的永磁材料。其应用领域广阔，涉及汽车工业、节能家电、消费电子、工业应用、风力发电等，其中汽车行业是稀土永磁材料的第一大消费领域。以“中国制造2025”五大工程的核心高端装备创新工程为例，其十大重点领域中，个个都有稀土永磁材料应用的身影，“工业味精”也成了他们的赞誉。
（来源：厦门钨业）
稀土永磁材料在新能源汽车上的应用
新能源汽车产业的快速发展为稀土永磁产品的结构优化提供了良机，稀土永磁材料产业有望迎来爆发式的增长空间。
不管是混合动力汽车、纯电动汽车还是刚刚起步的燃料电池汽车，永磁电机都是必不可少的核心器件之一。稀土永磁材料不但可以促进永磁电机向着轻型化和小型化的方向发展，也可以使其性能大大提高。以10kW的电机为例，采用稀土永磁材料制作的电机重量为90kg左右，而采用常规永磁材料制作的电机重量可达220kg，相当于永磁电机的2.5倍。在体积上，70W的稀土永磁微电机是电流励磁微电机的1/4，是铁氧体励磁微电机的1/2。所以，稀土永磁电机无论是在重量上还是在体积上，都比其他同性能的电机更具优势，是新能源汽车驱动电机的首选产品。
剑桥大学开发出不使用稀土元素的高性能磁铁制造方法
据彭博社报道，剑桥大学的一个团队和来自奥地利的合作者找到了一种可能替代稀土磁铁的新方法——铁-镍（Tetrataenite）。根据该大学的一篇研究论文，这可能成为稀土永磁的替代品。
（来源：彭博社）
根据中国科学院此前公布的资料显示，Tetrataenite由50％的铁和50％的镍组成，铁和镍原子交替排列，为规则的周期性晶体结构。它产生一种硬磁，即磁化方向不会轻易改变，其磁性能接近稀土磁体。1960年代，研究人员通过用中子轰击铁镍合金来人工制造铁-镍，使原子形成有序堆叠，但这种技术并不适合大规模生产。
在这项研究中，研究人员发现，通过添加常见的磷元素，有望大规模地人工制造铁-镍，而无需进行任何专门处理或使用高成本技术。研究人员表示，陨石中存在的磷，可以使铁和镍原子移动得更快，从而形成必要的有序堆叠，而无需等待数百万年。通过混合适量的铁、镍和磷，可将铁-镍的形成速度提高11-15个数量级。这一简单的铸造过程只需几秒即可完成。
（来源：剑桥大学）
尽管这种铁-镍生产方法富有前景，但研究人员还需进一步确定其是否适用于高性能磁铁。该团队希望，能与主要磁铁制造商达成合作。如果剑桥大学发现的这种生产工艺在商业上被证明可行，它可能会替代稀土永磁在电动汽车上的应用。
欲摆脱对中国稀土永磁材料依赖的欧盟
中国不仅稀土储量最多，同时具备全球最完备的稀土永磁产业链，也是全球最重要的稀土永磁生产基地。根据中国稀土行业协会数据，2021年中国稀土永磁材料产量及消耗量分别达到21.33、16.07万吨，居全球首位。
中国是欧盟最大的稀土供应国，满足了欧盟98%的稀土进口需求。随着新能源汽车时代的到来，中国在稀土永磁材料方面的强势，卡住了欧盟新能源汽车的脖子，也影响了欧盟2030年减排55%的目标及2050年的碳中和目标的实现。为摆脱对中国稀土的依赖，欧盟此前已采取一系列措施。
一是致力于增强自身的稀土永磁材料供应能力
2020年年底欧盟建立了欧洲原材料联盟（ERMA），以确保欧盟在减少碳排放的同时拥有所需的一系列关键矿物原料，并将稀土作为重中之重。欧盟的目标是在当地创建稀土开采、加工和磁铁行业，以减少对中国供应商的依赖。尤其稀土永磁，到2050年，欧盟对这种材料的需求将激增10倍。
去年9月，欧盟公布了一项总额达到17亿欧元的稀土产业投资计划，呼吁欧盟各成员国政府和制造商通过补贴及销售配额等方式支持稀土开采和加工，从而减少欧盟对中国稀土出口的依赖。欧洲原材料联盟（ERMA）称，这项投资计划包含14个项目，涉及从采矿到稀土永磁材料生产等多个领域。该机构还建议欧盟每年投资2亿欧元以提高欧盟的稀土永磁材料产量，希望到2030年欧盟的稀土永磁产量能达到区内需求的五分之一。
今年9月，冯德莱恩宣布了《欧洲关键原材料法案》，该法案强调将明确“整个供应链上的战略项目”——包括开采、提炼、加工和回收——以便在“供应面临风险”的行业积累战略储备。
二是发展新项目、新工艺
进入21世纪以来，欧盟国家稀土永磁材料产业的发展止步不前。目前欧盟正与SUSMAGPRO（以工业为基础的财团， 由 19 个项目合作伙伴和一个来自 9 个欧洲国家的关联伙伴组成）联手开展循环经济中稀土磁体的可持续回收、再加工和再利用等方面的项目。
SUSMAGPRO是2019年6月启动的项目，该项目分为4个回收试点和4种再处理路线。其中4个回收试点分别为：STENA（瑞典哈尔姆斯塔德，计划每年6吨钕铁硼粉末）、University of Birmingham（英国伯明翰学校，于2021年年初计划建设， 计划容量50吨/年钕铁硼粉末）、Magneti Ljubljana d.d.（玛涅蒂卢布尔雅那，计划50吨 /年钕铁硼粉末）和Min Plus（MIMplus技术，10吨/年钕铁硼粉末）。4 种再处理路线分别是Magneti Ljubljana d.d.（斯洛文尼亚）、Kolektor（德国）、Mimplus Technologies （德国）和Less Common Metal（英国）。所有四种路线的成熟计划产能：大于100吨/年的铸造合金和永磁体。
此外，为了避免对Pr、Nd、Dy、Tb 等稀缺稀土元素的依赖，一些新配方（SmFeN 永磁材料）、新工艺（结晶扩散、晶粒细化、热压/热变形技术）成为开发重点，同时继续通过新的专利申请维持在行业内的技术垄断地位。
三是寻找稀土永磁的替代材料
除了上述剑桥大学的研究，早在2018年，由法国图卢兹纳米物体物理化学实验室的莉萨-玛丽·拉克罗伊领导的一个小组便通过使用钴纳米棒而不是稀土元素开发了一种特性类似于钕基配方的稀土永磁材料。钴纳米棒是一种新型磁性材料，与乐高积木相似的是，研究人员将钴纳米棒排列在一个外部磁场中，并在冷高压下将其压实，以产生宏观磁铁。这种强磁结构有望用于制造未来的永磁发电机、微型马达以及其他一些需要大电流且具有高能量密度的器件。不过钴硬磁材料并不完备，而且钴矿有毒，在提取生产过程中面临着不小的环境和道德问题，但可以减少对中国稀土矿的依赖。
2020年，英国利兹大学的科学家发现了一种钴的混合薄膜，具有天然的磁性。同时，它上面还有覆盖了巴克明斯特富勒烯分子。这是一种独特形态的碳结构，也正是因为这一结构，让钴的磁性强度得到了巨大的增强。这种新型材料的发现，让人们看到了替代稀土永磁体的希望。但是科学家们仍需要进一步进行研究，因为现在这一特殊材料需要在低温条件下才会有强磁场，所以研究人员下一步就要研制出在常温下的混合性磁性材料。
参考资料：
1、邹婧玲，《乘风破浪——稀土永磁新时代发展浅析》
2、吉力强等，《轻稀土资源现状及在新能源汽车领域的应用》
3、盖世汽车，《剑桥大学开发高性能磁铁制造方法无需使用稀土元素》
4、观察者网《为减少对中国稀土依赖，欧盟计划投17亿欧元》
5、有色冶金节能，《为减少对中国稀土依赖，欧盟计划投17亿欧元》
6、中国白银网，《利兹大学研发新型无稀土环保磁体 可用于消费电子产品/电动汽车等》
（中国粉体网编辑整理/长安）
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