東芝公司2012年8月宣布，開發(fā)出了完全不使用鏑（Dy）的馬達(dá)用高性能磁鐵。但讓市場(chǎng)震驚的是，這種磁鐵竟然是釤鈷（Sm-Co）磁鐵。

自1980年代初期磁力和價(jià)格均優(yōu)于釤鈷磁鐵的釹鐵硼（Nd-Fe-B）類磁鐵（以下稱釹磁鐵）被開發(fā)出來之后，強(qiáng)磁鐵的主流就一直是釹磁鐵。釤鈷磁鐵的復(fù)活與主流正好相悖。

釤鈷磁鐵重新登上歷史舞臺(tái)的關(guān)鍵詞是“鏑”和“中國(guó)”。釹磁鐵的魅力在于代表磁鐵強(qiáng)度的剩余磁通密度較高，但同時(shí)這種磁鐵也存在嚴(yán)重缺陷，那就是耐熱性低，在高溫環(huán)境下剩余磁通密度會(huì)降低。釹磁鐵的發(fā)明者佐川真人回顧當(dāng)時(shí)的情況說：“（開發(fā)之初）耐熱性只有50℃左右�！�

解決這一問題的關(guān)鍵是稀土元素鏑*1。添加鏑之后，隨著添加量的增加，可以提高代表耐熱性的矯頑力*2。比如，要求耐熱性達(dá)到170～200℃以上、用于混合動(dòng)力車（HEV）及純電動(dòng)汽車（EV）驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的磁鐵就按6～10％的重量比添加了鏑。不需要像HEV及EV馬達(dá)那么高耐熱性的空調(diào)壓縮機(jī)馬達(dá)用磁鐵也按4～6％的比例添加鏑，HDD硬盤磁頭致動(dòng)器等使用的磁鐵則按1～2％的比例添加鏑（圖1）。

圖1：釹磁鐵的性能與鏑添加量的關(guān)系 如果增加鏑添加量，矯頑力（耐熱性）就會(huì)提高，但會(huì)導(dǎo)致表示磁鐵強(qiáng)度的剩余磁通密度降低。

*1 也有一些產(chǎn)品使用鋱（Tb）。

*2 矯頑力和耐熱性：如果矯頑力較低，溫度升高時(shí)就會(huì)導(dǎo)致剩余磁通密度降低，從而造成磁鐵性能下降。矯頑力的準(zhǔn)確定義是：使磁化至技術(shù)飽和的永磁體的磁感應(yīng)強(qiáng)度降低至零所需要的反向磁場(chǎng)強(qiáng)度。

如果不通過添加鏑來提高耐熱性，釹磁鐵就不會(huì)普及。但在2010年，日本業(yè)界普遍開始對(duì)鏑的供貨感到不安。

無法買到鏑？

這種不安源于稀土的“中國(guó)風(fēng)險(xiǎn)”。無論是以往還是現(xiàn)在，鏑的絕大部分產(chǎn)量都集中在中國(guó)。中國(guó)設(shè)置稀土出口配額限制之后，縮小了鏑的供應(yīng)量。受此影響，2009年之前價(jià)格一直在每公斤100～200美元左右的鏑，從2010年開始價(jià)格急劇上漲，到了2011年中期，竟然暴漲至3500美元以上（圖2）。東芝稱“目前也仍然保持在每公斤1000美元以上的高價(jià)位”。而且，因?yàn)橹袊?guó)采用出口配額制度，除了價(jià)格問題之外，還存在企業(yè)即使想掏高價(jià)購(gòu)買也無法買到的風(fēng)險(xiǎn)。因此，日本的省鏑及脫鏑化要求迅速高漲。

圖2：鏑、釹、釤的價(jià)格變化 鏑在2009年之前一直為每公斤100～200美元，2011年中期暴漲至3500美元以上。

為了應(yīng)對(duì)這樣的情況，東芝開發(fā)出了釤鈷磁鐵，這種磁鐵與釹磁鐵不同，根本就不需要添加鏑，而且耐熱性也很出色。東芝利用這一優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還調(diào)整了材料構(gòu)成比例，從而大幅提高了磁特性。最終，提高了在所有溫度區(qū)域的剩余磁通密度，尤其在100℃以上的區(qū)域，剩余磁通密度超過了添加鏑的耐熱型釹磁鐵（圖3）。

圖3：新開發(fā)的釤鈷磁鐵的耐熱性 東芝開發(fā)的釤鈷磁鐵將鐵的重量比例提高到了25％，在100℃以上的高溫區(qū)域內(nèi)具備超過釹磁鐵的剩余磁通密度。

爭(zhēng)取首先在工業(yè)用途實(shí)現(xiàn)實(shí)用化

東芝的新型磁鐵之所以能夠提高剩余磁通密度，是因?yàn)樘岣吡酸熲挻盆F添加的鐵含量。盡管這種方法很早以前就為業(yè)界所知，但一直存在局限。其原因是，如果將鐵的重量比例提高至15％以上，就會(huì)因添加的副成分銅（Cu）聚集在一起而產(chǎn)生富銅相，導(dǎo)致耐熱性迅速降低。因此，以前鐵的重量比例極限是15％。

東芝研究開發(fā)中心功能材料研究室研究主管櫻田新哉介紹說，技術(shù)人員在此次的開發(fā)過程中“優(yōu)化了沖壓及燒結(jié)時(shí)的溫度變化等約20個(gè)因素，找到了將鐵的重量比例提高至20～25％時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生富銅相的條件”。據(jù)稱，通過擴(kuò)展這項(xiàng)技術(shù)，還有望進(jìn)一步提高鐵的比例。

東芝使用含鐵量為20％的新型釤鈷磁鐵，試制出了工業(yè)用馬達(dá)，并與耐熱型釹磁鐵馬達(dá)進(jìn)行了性能對(duì)比*3。對(duì)比結(jié)果顯示，在80～100℃溫度下用釤鈷磁鐵馬達(dá)驅(qū)動(dòng)設(shè)備時(shí)，扭矩稍低于釹磁鐵馬達(dá)，而最大效率可達(dá)到釹磁鐵馬達(dá)的96～97％，基本為同等水平。櫻田稱：“如果使用鐵含量為25％的釤鈷磁鐵，性能有望接近甚至超過使用耐熱型釹磁鐵的馬達(dá)。”

*3 東芝并未公開對(duì)比的耐熱型釹磁鐵的鏑添加量。

價(jià)格方面，盡管目前并未進(jìn)行精確的推算，但櫻田指出：“如果鏑的價(jià)格仍保持在目前的每公斤1000美元以上，新型釤鈷磁鐵就具有原料成本方面的優(yōu)勢(shì)�！睎|芝打算在2013年3月底之前使新型釤鈷磁鐵形成業(yè)務(wù)，將首先面向工業(yè)用馬達(dá)用途開展業(yè)務(wù)，然后再向HEV、EV、鐵路、機(jī)床及電梯等使用的馬達(dá)推廣。（日經(jīng)技術(shù)在線！ 供稿）