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初中物理要學(xué)一個(gè)知識(shí),就是電生磁,磁生電。
電生磁就是用一條直的金屬導(dǎo)線通過(guò)電流,那么在導(dǎo)線周圍的空間將產(chǎn)生圓形磁場(chǎng)。導(dǎo)線中流過(guò)的電流越大,產(chǎn)生的磁場(chǎng)越強(qiáng)。磁場(chǎng)成圓形,圍繞導(dǎo)線周圍。
丹麥物理學(xué)家漢斯·奧斯特不斷進(jìn)行實(shí)驗(yàn),他將通電的導(dǎo)線和磁針平行排列,磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),由此發(fā)現(xiàn)了“電”能生成“磁”。
1831年8月29日,法拉第在圓形的鐵棒上繞了兩個(gè)線圈,一個(gè)接電源,在另一個(gè)線圈的下方平行放置小磁針。當(dāng)電源接通時(shí),磁針輕輕擺動(dòng)了一下;電源斷開(kāi)時(shí),磁針往相反方向擺動(dòng)。
該實(shí)驗(yàn)說(shuō)明:電源接通或斷開(kāi)瞬間,電流產(chǎn)生了變化,磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生變化。由此法拉第提出結(jié)論:變化的磁場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流。法拉第又設(shè)計(jì)了不同場(chǎng)景、不同材料的實(shí)驗(yàn),證實(shí)了只要穿過(guò)閉合回路的磁通量發(fā)生變化,閉合電路中就有電流產(chǎn)生。這就是著名的“電磁感應(yīng)定律”。
磁性材料是一種生活中非常重要的功能性材料,可分為一般永磁材料和稀土永磁材料。它的應(yīng)用十分廣泛,無(wú)論是國(guó)防軍工、能源產(chǎn)業(yè)、信息通訊、汽車工業(yè)還是電機(jī)工程領(lǐng)域,都能見(jiàn)到它的身影。
永磁材料又稱恒磁材料或硬磁材料,指的是磁化后去掉外磁場(chǎng),能長(zhǎng)
期保留磁性,能經(jīng)受一定強(qiáng)度的外加磁場(chǎng)干擾的一種功能材料。永磁
材料能夠?qū)崿F(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)換、電能/機(jī)械能傳遞等重要功能,被廣泛應(yīng)用
于能源、交通、機(jī)械、醫(yī)療、計(jì)算機(jī)和家電等領(lǐng)域。
** 要注意一般電器用的磁材料屬于軟磁。軟磁與永磁從材料本質(zhì)上不同,具有不同的材料特性和應(yīng)用場(chǎng)景
稀土永磁材料是一類以稀土金屬元素RE(Sm、Nd、Pr 等)與過(guò)渡族
金屬元素TM(Fe、Co 等)所形成的金屬間化合物為基礎(chǔ)的永磁材料,
通常稱為稀土金屬間化合物永磁,簡(jiǎn)稱為稀土永磁。20 世紀(jì)60 年代
以來(lái),伴隨著磁能積的三次重大突破,已成功地發(fā)展了三代具有實(shí)際
應(yīng)用價(jià)值的稀土永磁材料。第一代以SmCo5 合金為代表、第二代以
Sm2Co17 合金為代表、第三代則以Nd-Fe-B 系合金為代表。其中,釹
鐵硼磁體已實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),是當(dāng)前工業(yè)化生產(chǎn)中綜合性能最優(yōu)的
永磁材料。
磁性材料發(fā)展簡(jiǎn)史
1、 鈷鋼:1930年,人類最早制造的磁石材料,磁性雖然比天然磁石強(qiáng)了許多,但仍舊是低性能永磁材料。
2、 Alnico鑄造永磁:后來(lái)人們利用Al、Ni、Co和Fe按比例配制成更強(qiáng)的永磁材料,Br可達(dá)12000~13000高斯,(BH)m可達(dá)5~10MGOe,Hc為500~600 Oe。
3、 恒磁鐵氧體:20世紀(jì)50年代利用氧化鐵粉研制成功金屬陶瓷永磁材料,一般Br為3000~4000Gs,(BH)m為3.0~5.0 MGOe,Hc為1500~3000 Oe。由于是氧化鐵粉,所以成本較低,價(jià)格便宜。
4、 稀土鈷永磁(第一代):在20世紀(jì)70年代前后研制成功稀土鈷永磁,Br可達(dá)0.9~11.0KGs,(BH)m為18~20MGOe,Hcj可達(dá)30K以上。是第一代稀土永磁。主要是SmCo5,SmPrCo5等牌號(hào)。
5、 稀土鈷永磁(第二代):到20世紀(jì)70年代末又研制成功Sm2(Co,Cu,F(xiàn)e,Zr)17型稀土鈷永磁,(BH)m可達(dá)30MGOe,常稱第二代稀土永磁。
6、 釹鐵硼永磁(第三代):到20世紀(jì)80年代末又研制成功迄今為止世界上最強(qiáng)的磁體,釹鐵硼(Nd-Fe-B)永磁材料,Br為12000~15000Gs,(BH)m可達(dá)40~50MGOe,Hc12.0~30K Oe,稱為第三代稀土永磁。
釹鐵硼是一種由稀土金屬釹、金屬元素鐵、非金屬元素硼以及少量添加元素鐠、鏑、 鈮、 鋁、鎵、銅等元素組成的稀土永磁化合物,簡(jiǎn)單來(lái)講是一種磁鐵,又稱磁鋼。釹鐵硼永磁體磁性能優(yōu)良,質(zhì)輕價(jià)廉,應(yīng)用范圍廣泛,是迄今為止性價(jià)比最高的磁體材料。
但因?yàn)槠浠瘜W(xué)活性很強(qiáng),所以必須對(duì)其表面凃?qū)犹幚?如鍍Zn、Ni、電泳、鈍化等)。
其溫度性能不佳,在高溫下使用磁損失較大,最高工作溫度較低。一般為80 ℃左右,在經(jīng)過(guò)特殊處理的磁鐵,其最高工作溫度才可達(dá)200 ℃。
由于制造方法和使用要求不同,NdFeB永磁可分為三大類:
(1) 粘結(jié)型NdFeB(Bonded NdFeB):NdFeB粘結(jié)磁體是用激冷的方法獲得微晶粉末,每個(gè)粉末內(nèi)含有多個(gè)Nd-Fe-B微晶晶粒,再用聚合物或其它粘結(jié)劑將粉末混粘結(jié)合后壓制,擠壓或壓延而成塑料狀永磁體,因而通常的NdFeB粘結(jié)磁體是非致密的各向同性磁體。
通常的NdFeB粘結(jié)磁體的磁性能遠(yuǎn)低于NdFeB燒結(jié)磁體,但NdFeB粘結(jié)磁體有著許多NdFeB燒結(jié)磁體不可替代的優(yōu)點(diǎn):加工精度高、成材率高、精密度高、磁性能極佳、耐腐蝕性好、溫度穩(wěn)定性好;另外,Nd-Fe-B粘結(jié)磁體還便于任意方向充磁,能方便制作多極乃至無(wú)數(shù)極的整體磁體。
(2) 燒結(jié)型NdFeB(Sintered NdFeB):燒結(jié)型NdFeB永磁體是通過(guò)粉末冶金法而制成的,主要工序?yàn)椋汉辖鸹ㄈ蹮挘制扑椤?xì)碎→研磨成3~5.0μm細(xì)粉→磁場(chǎng)取向壓制→真空燒結(jié)回火→檢驗(yàn)→加工→成品。
燒結(jié)型NdFeB永磁體矯頑力值很高,機(jī)械性能相當(dāng)好,可以切割加工不同的形狀和鉆孔,但容易導(dǎo)致銹蝕,所以根據(jù)不同要求必須對(duì)表面進(jìn)行不同的鍍層處理。且非常堅(jiān)硬和脆、有高抗退磁性、不適用于高工作溫度。
(3) 注塑釹鐵硼(Zhusu NdFeB):有極高之精確度、容易制成各向異性形狀復(fù)雜的薄壁環(huán)或薄磁體。
釹鐵硼磁體可廣泛應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、音圈馬達(dá)、磁共振成像儀、通訊、控制儀表、音響設(shè)備等方面。
目前,稀土永磁電機(jī)是釹鐵硼磁體最大的應(yīng)用領(lǐng)域,約占磁體總應(yīng)用量的70%,其種類繁多,形狀、性能各異。
計(jì)算機(jī)硬盤(pán)配套的音圈電機(jī)占40%~50%,所以目前計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)是永磁電機(jī)的最大用戶。
汽車工業(yè)是釹鐵硼永磁應(yīng)用增長(zhǎng)最快的領(lǐng)域之一。在每輛汽車中,一般可以有幾十個(gè)部位如引擎、制動(dòng)器、傳感器、儀表、音箱等會(huì)用到40~100顆NdFeB系及SmFeN系燒結(jié)磁體。
一輛全自動(dòng)高級(jí)轎車約需消耗稀土永磁材料0.5kg~3.5kg;新能源汽車上釹鐵硼材料的應(yīng)用量更多,每輛混合動(dòng)力車要比傳統(tǒng)汽車多消耗約5kg釹鐵硼,純電動(dòng)車采用稀土永磁電機(jī)替代傳統(tǒng)發(fā)電機(jī),多使用5~10kg釹鐵硼。隨著汽車工業(yè)的發(fā)展和電子技術(shù)要求的不斷提高,其對(duì)釹鐵硼永磁材料的需求量將越來(lái)越大。
風(fēng)力發(fā)電,新能源汽車,機(jī)器人,這三個(gè)領(lǐng)域都是未來(lái)3-5-10年非常有前途的產(chǎn)業(yè)。
目前燒結(jié)釹鐵硼仍是我國(guó)產(chǎn)量最高、應(yīng)用范圍最廣泛的稀土永磁材料,2019年中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼毛坯產(chǎn)量為17萬(wàn)噸,同比2018年增長(zhǎng)9.7%,占國(guó)內(nèi)稀土永磁材料產(chǎn)量的94.3%;粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量為0.79噸,同比2018年增長(zhǎng)5%,占比4.4%。
2021年9月,美國(guó)商務(wù)部24日宣布,該部門(mén)已對(duì)釹鐵硼永磁(Neodymium-iron-boron permanent magnets)進(jìn)口是否損害美國(guó)國(guó)家安全啟動(dòng)“232調(diào)查”。這是拜登政府上任以來(lái)啟動(dòng)的首個(gè)“232調(diào)查”。美國(guó)商務(wù)部表示,釹鐵硼永磁材料應(yīng)用于戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)等關(guān)鍵國(guó)家安全系統(tǒng),電動(dòng)汽車、風(fēng)力渦輪機(jī)等關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施,以及電腦硬盤(pán)、音頻設(shè)備、磁共振設(shè)備等領(lǐng)域。
這說(shuō)明其實(shí) - 釹鐵硼的重要性。
釹鐵硼主要成分為鐠釹(29%-32.5%)、鐵(63.95%-68.95%)、硼(1.1-1.2%)等,原材料成本約占 80%左右;
其中稀土元素(鐠釹、鏑、鋱)占原材料成本的90%以上,稀土元素的價(jià)格上漲會(huì)對(duì)釹鐵硼企業(yè)的原料成本產(chǎn)生直接影響。
歷史上釹鐵硼大體的價(jià)格波動(dòng)歷史:
1)2010-2011年上行周期,稀土價(jià)格較釹鐵硼提前約一個(gè)季度上漲,釹鐵硼價(jià)格由 10.75→62.8萬(wàn)元/噸,漲幅接近5倍,釹鐵硼企業(yè)單噸利潤(rùn)最高點(diǎn)接近20萬(wàn)元/噸;
2)2017年6月-2017年9月稀土上行周期,釹鐵硼價(jià)格上漲同樣滯后于稀土價(jià)格約3 個(gè)月左右,釹鐵硼由13.5→17.5萬(wàn)元/噸,漲幅約30%,由于稀土上行周期持續(xù)較短,磁材價(jià)格上漲持續(xù)性同樣較差;
3)2020年10月-至今稀土上行周期,與之前周期類似,釹鐵硼價(jià)格由11.35→24.0萬(wàn)元/噸,漲幅為111%,隨著磁材價(jià)格的上漲,釹鐵硼企業(yè)單噸利潤(rùn)也逐漸得到擴(kuò)大。
從這個(gè)歷史來(lái)看11萬(wàn)-24萬(wàn)波動(dòng)似乎一個(gè)是底部,一個(gè)是頂部?
時(shí)間拉倒2021年來(lái)看, 例如7月包頭的價(jià)格:
氧化鐠釹本月上半月主流平均價(jià)51.95萬(wàn)元/噸,環(huán)比上漲9.45%,同比上漲73.76%;
鐠釹合金本月上半月主流平均價(jià)64.10萬(wàn)元/噸,環(huán)比上漲8.57%,同比上漲80.08%;
氧化釹本月上半月主流平均價(jià)50.76萬(wàn)元/噸,環(huán)比上漲4.46%,同比上漲69.49%;
金屬釹本月上半月主流平均價(jià)62.12萬(wàn)元/噸,環(huán)比上漲3.35%,同比上漲61.91%;
氧化鐠本月上半月主流平均價(jià)53.69萬(wàn)元/噸,環(huán)比上漲4.25%,同比上漲75.60%;
燒結(jié)釹鐵硼本月上半月主流平均價(jià)15.40萬(wàn)元/噸,環(huán)比持平,同比上漲20.78%。
生產(chǎn)釹鐵硼的企業(yè),生產(chǎn)新能源汽車電機(jī)的企業(yè),這兩個(gè)領(lǐng)域中的佼佼者,都有潛力成為翻倍股。
生產(chǎn)釹鐵硼的企業(yè)很多。浙江,江西都有。
稀土的產(chǎn)地不一。輕稀土和重稀土的產(chǎn)地不太一樣,
我國(guó)稀土的分布呈現(xiàn)出明顯的區(qū)域集中性,全國(guó)有98%的稀土集中在四個(gè)地區(qū),分別是內(nèi)蒙古包頭的白云鄂博、江西贛南、廣東粵北與四川涼山。其中,白云鄂博的稀土儲(chǔ)量最大,約為3500萬(wàn)噸,占到全國(guó)稀土總儲(chǔ)量的83%,世界稀土總儲(chǔ)量的38%。所以說(shuō)。白云鄂博稀土礦既是我國(guó)第一大稀土礦,也是世界第一大稀土礦
相比于北方地區(qū),南方地區(qū)的稀土礦屬于中重稀土資源,主要分布在江西贛州、福建龍巖等地區(qū)。中重稀土礦中的鑭、鈰、鐠、釹輕稀土占98%以上,中重稀土配分僅為1%~2%,是典型的氟碳鈰礦。其中銪、釔較國(guó)外同類礦床含量高,并且稀土礦物單一礦石易選易煉。
除了以上地區(qū),四川攀枝花也發(fā)現(xiàn)了儲(chǔ)量相當(dāng)多的輕稀土資源。在攀西裂谷帶上儲(chǔ)存有世界第三大儲(chǔ)量的輕稀土礦。
南方六省主要離子型中重稀土礦區(qū)主要分布在南方六省區(qū)17個(gè)市,包括廣西壯族自治區(qū)賀州市、崇左市、梧州市、貴港市、玉林市;福建省龍巖市、三明市;江西省贛州市;湖南省永州市、郴州市;廣東省河源市、清遠(yuǎn)市、梅州市、韶關(guān)市、揭陽(yáng)市;云南省楚雄市,德宏州。
理論上靠近產(chǎn)地的地方的企業(yè)會(huì)有比較大的優(yōu)勢(shì)。
本文首發(fā)于2021.9.27
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