中國粉體網訊 作為第三代稀土永磁材料，釹鐵硼（Nd2Fe14B）自1983年問世以來，以其卓越的磁性能迅速成為現代工業的核心功能材料，理論磁能積高達512 kJ/m³（64 MGOe），綜合性能遠超鐵氧體和釤鈷永磁體。
在“雙碳”戰略背景下，釹鐵硼在新能源汽車、風力發電、人形機器人等綠色經濟領域的需求激增。制造一臺2.5MW的永磁直驅風電電機，就需要消耗約1噸的釹鐵硼永磁材料。
然而，這位“磁王”存在兩大固有缺陷：居里溫度偏低（310-340℃）導致高溫磁衰減顯著，以及易腐蝕特性需依賴表面鍍層防護。隨著應用領域不斷拓展，攻克這些技術瓶頸已成為產業發展的當務之急。
高溫環境下的性能衰減挑戰
釹鐵硼磁體的高溫性能穩定性是制約其在高功率密度電機中應用的關鍵因素。釹鐵硼的矯頑力溫度系數通常為負值，約在-0.4%至-0.7%/℃之間，意味著隨著溫度升高，其抗退磁能力顯著下降。
以常見的N52牌號為例，在20°C時矯頑力可達12kOe，但當溫度升至100°C時，可能降至8-9kOe。這種衰減源于兩方面：一是磁晶各向異性場隨溫度升高而降低，高溫下原子熱振動加劇，削弱了晶格對磁矩取向的釘扎作用；二是富釹晶界相在高溫下可能軟化或氧化，削弱對磁疇壁移動的阻礙能力。
在航空航天、新能源汽車驅動電機等高溫應用場景中，釹鐵硼磁體往往需要長時間在150°C以上環境工作。傳統釹鐵硼磁體在此條件下會出現明顯不可逆退磁，導致電機效率下降甚至失效。李衛院士指出，“重稀土的過度添加觸及了兩個永磁體發展的障礙性因素”：一是重稀土資源稀缺且價格昂貴，二是會降低材料的剩磁和磁能積。
腐蝕防護技術與應用局限
釹鐵硼磁體多相微觀結構導致其易受電化學腐蝕的特點同樣不容忽視。在燒結釹鐵硼的微觀結構中，不同相間存在電極電位差，形成原電池反應條件，加速材料腐蝕。
特別是在海上風電、汽車雨淋環境等高濕度、高鹽分應用中，腐蝕問題尤為突出。傳統防護方案如電鍍工藝存在明顯局限：電鍍過程消耗大量貴金屬并產生含重金屬廢水，對環境造成嚴重污染；普通涂料的耐腐蝕性和附著力有限，防護周期短，頻繁維護增加了企業運營成本。
研究表明，釹鐵硼的腐蝕不僅影響磁性能，還會導致磁體結構完整性受損。在極端情況下，腐蝕可導致磁粉化，使整個磁體失效。這對于要求長壽命、高可靠性的應用領域如風電、新能源汽車等構成嚴重挑戰。
晶界擴散技術突破高溫瓶頸
面對高溫穩定性挑戰，晶界擴散技術被認為是近年來最重要的突破。該技術通過在磁體表面引入重稀土元素Dy或Tb，再經熱處理使重稀土原子沿晶界擴散，選擇性置換主相晶粒表層的Nd原子，形成（Nd，Dy，Tb）2Fe14B固溶體。
與傳統合金化方法相比，晶界擴散法可以更低的重稀土用量獲得高矯頑力磁體，有效緩解了重稀土資源短缺問題。實驗表明，采用該技術制備的磁體在150°C下矯頑力衰減可減少50%以上。
雙主相技術是另一項有前景的解決方案。通過將Nd2Fe14B基合金與高豐度稀土合金（如Ce2Fe14B）復合，形成核殼結構晶粒，在降低重稀土用量的同時，實現高剩磁、高矯頑力及磁能積的平衡。
此外，晶界調控通過優化配方和工藝，改善晶界相的成分和分布，也能有效提升矯頑力。研究表明，添加Ga元素可實現高矯頑力磁體，如典型產品N48H已在工業生產中得到應用。
綠色防護技術應對腐蝕挑戰
在腐蝕防護領域，技術創新同樣活躍。飛尚公司開發的綠色復合涂層采用多相多元復合溶膠為成膜基質，并通過無機微納復合功能顆粒的協同作用實現性能強化。這種涂層構建了“高抗滲防腐”和“高硬強結合”雙重防護機制。
在環保方面，新型綠色涂層摒棄了傳統重金屬電鍍，采用低（無）溶劑配方、低溫固化工藝，生產過程清潔環保。經嚴苛鹽霧測試，其防護性能可超過1000小時，特別適用于海上風電等重防腐要求的環境。
中國計量大學研究團隊則開發了更具前瞻性的防護方案——采用鈰鹽改良的雙硅烷膜。該技術通過電化學輔助沉積，實現一步法制備鈰/雙硅烷復合膜，展現出超疏水性（接觸角為152°）和極強的耐腐蝕性，對腐蝕電流的抑制效能達到74.6%。這種新型膜層不僅防護性能優異，而且對釹鐵硼基體的磁性能影響極小，為釹鐵硼的環保型防護涂層提供了新方向。
在材料本身抗腐蝕性提升方面，通過添加微量元素改善晶界相成分，減少晶界上富稀土相，可提高基體的本征耐腐蝕能力。李衛院士指出：“提高釹鐵硼磁體的抗腐蝕能力有兩條途徑：一是添加微量元素的方式提高釹鐵硼磁體基體的抗腐蝕性能；二是采用合適的表面防護技術。”
未來發展趨勢與展望
隨著“雙碳”戰略深入推進，釹鐵硼材料面臨的需求增長與性能挑戰并存。未來技術發展將呈現多元化趨勢：
一方面，材料性能優化將持續深入。晶界擴散技術將進一步完善，重稀土減量化甚至無重稀土高性能釹鐵硼將成為研究重點。高豐度稀土元素（如鑭、鈰）的應用技術有望實現突破，促進稀土資源平衡利用。
另一方面，綠色化制造將成為必然要求。從原材料提取、磁體制備到廢棄回收，全生命周期的環境影響將受到嚴格約束。綠色防護涂層、低溫固化工藝等環保技術將得到更廣泛應用。
回收利用技術發展也至關重要。隨著早期應用的釹鐵硼磁體進入報廢期，建立高效的回收再生體系將成為產業鏈重要一環。這不僅有助于緩解稀土資源壓力，也能減少新材料生產的環境足跡。
未來，隨著晶界擴散技術優化、綠色防護涂層創新以及資源循環利用體系完善，釹鐵硼這一“永磁之王”必將在“雙碳”征程中發揮更大價值。
參考來源：
李衛院士：砥礪奮進 打造世界級稀土“航母”
中國計量大學：采用鈰鹽改良的雙硅烷膜提升燒結釹鐵硼的耐蝕性
科普中國網、中國粉體網等
（中國粉體網編輯整理/留白）
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