丰田开发钕含量低的耐热磁铁

钕磁铁用于电动汽车中的各种发动机，例如大功率发动机，预计将来会迅速发展。 丰田打算通过开发一种钕含量低的新型耐热磁体来减少钕（钕，稀土元素）的含量。 （丰田汽车新闻稿2月20日）。 据推测，丰田因此正试图规避其电动汽车对中国稀土的依赖。

该研究是NEDO项目“开发用于新一代汽车高效发动机的磁性材料技术”的一部分。

背景知识

在混合动力汽车和电动汽车中，不仅要开发电池，而且要开发高性能电动机，这一点很重要。 磁铁的磁通密度越高，发动机性能越高。 而且，由于钕与铁和硼的合金（Nd ₂ Fe ₁₄ B）提供了最高的磁通密度，因此，目前它是电动汽车电动机中的主要铁磁体。


带有镍磁铁的电动机模型（左）。

另一方面，钕磁铁具有严重的缺点，即磁场随着温度的升高而减弱^* 。 如果将neo（Tb）或（Dy）添加到钕中，则可以抑制磁通量的下降。


钕磁铁（ 右 ）随着温度的升高而失去其磁性。

尽管添加了magnet和的钕磁铁并不短缺，但困难之处在于和ter是稀土且相对昂贵（2017年12月价格为1公斤〜561美元，1公斤〜234美元）。 。 钕本身很便宜（1公斤〜47美元），但有人担心随着需求的增加钕将不够。 此外，问题还在于，从中国进口的铌和其他稀土元素总体上占很大比例。 在这方面，有必要开发高性能的磁体，其尽可能少地使用ter ---钕元素。


磁铁的发展方向。 第四代普锐斯和普锐斯第二代和第三代（摘自丰田新闻稿）

技术阶段

阶段1.减小构成磁铁的晶粒的尺寸
可以增加晶粒之间的边界区域的面积（ 晶粒 〜磁性材料的单个晶体），减小晶粒尺寸，从而即使在高温下也可以抑制磁通量的下降。


粒度差异

阶段2.获得具有高晶粒的两层结构
在普通的钕磁铁中，钕均匀地分布在铁磁铁的晶粒内。 此外，事实证明，钕的总量比维持矫顽力（ 抗退磁性 ）所需的更多。 晶粒表面钕含量的增加导致矫顽力的增加，这也减少了新磁体中钕的使用总量，而没有效率的损失。

第三阶段：镧和铈的组成比
借助于镧和铈的添加剂，可以降低钕的浓度，同时保持与常规磁体相同的效率。 镧和铈的成本不到每1千克10美元，这对于稀土而言相当便宜。 但是，根据当前的价格差异，如果钕含量降低10％，则不会带来明显的收益。 因此，当对钕的需求扩大并且价格上涨时，极有可能需要一种新技术。


多晶晶粒示意图（来自丰田新闻稿）


SEM多晶晶粒（摘自Toyota新闻稿）


性能比较。 即使钕含量降低了20％，在高温下也能达到与传统磁体相同的效率（来自Toyota新闻稿）。