隨著科技的不斷進步，釹鐵硼磁鐵作為一種高性能永磁材料，在眾多領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。特別是在新能源汽車這一新興產(chǎn)業(yè)中，其應(yīng)用前景廣闊。本文將深入探討新能源汽車用高性能釹鐵硼磁鐵在極端工況條件下的磁性能變化，以及這些變化對行業(yè)發(fā)展的啟示。

  一、釹鐵硼磁鐵在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與前景

  《2025-2030年中國釹鐵硼磁鐵行業(yè)項目調(diào)研及市場前景預(yù)測評估報告》近年來，新能源汽車行業(yè)發(fā)展迅猛。2011年中國新能源汽車產(chǎn)量僅8000多輛，到2019年已增至124.2萬輛。據(jù)國家《新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2021—2035)》征求意見稿，到2025年新能源汽車新車銷售量占比將達到25%左右，預(yù)計達到340.3萬輛。新能源汽車的快速發(fā)展，極大地拉動了高性能釹鐵硼磁鐵產(chǎn)業(yè)的快速增長。近半的高性能釹鐵硼磁鐵被應(yīng)用于包括新能源汽車在內(nèi)的汽車產(chǎn)業(yè)，其在新能源汽車驅(qū)動電機中的應(yīng)用尤為關(guān)鍵。

  二、釹鐵硼磁鐵的性能特點與挑戰(zhàn)

  釹鐵硼磁鐵行業(yè)分析提到高性能釹鐵硼磁鐵具有優(yōu)異的磁性能，但其耐蝕性及熱穩(wěn)定性較差，這在一定程度上限制了其進一步應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)，釹鐵硼磁鐵主相與富稀土相存在電位差，在潮濕環(huán)境中易發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致腐蝕。此外，釹鐵硼磁鐵在潮濕環(huán)境中會發(fā)生析氫腐蝕，氫與富稀土相反應(yīng)，造成晶界斷裂。在高溫環(huán)境中，釹鐵硼磁鐵表面會形成氧化層，富稀土相首先被氧化，隨后主相發(fā)生氧化。高溫還會導(dǎo)致磁鐵磁矩不可逆磁損增加，一方面由于原子熱運動加劇，原子磁矩排列紊亂;另一方面，晶粒邊界易受破壞，易形成反磁化疇核，使永磁體磁性下降。

  三、釹鐵硼磁鐵極端工況條件下的磁性能經(jīng)時變化研究

  (一)高溫存儲試驗

  實驗采用晶界擴散工藝制作的釹鐵硼磁鐵樣品，經(jīng)過一系列制備工藝后，對其在20℃和160℃下的退磁曲線進行測量。結(jié)果顯示，20℃時剩磁Br典型值為1.36T，160℃時剩磁Br典型值為1.12T，160℃時Hd5典型值為730.0kA/m。在160℃×1500h的高溫存儲試驗中，樣品外部有環(huán)氧樹脂涂層，得到良好防護。試驗過程中，主要磁性能數(shù)據(jù)均無明顯波動，20℃時初始剩磁為1.361T，至1500h試驗結(jié)束，剩磁保持為1.361T;160℃時剩磁初始值為1.125T，至試驗結(jié)束，剩磁為1.126T;160℃時Hd5初始值為729.9kA/m，至試驗結(jié)束，Hd5值為730.8kA/m。樣品磁矩的不可逆磁損情況顯示，20℃時樣品初始磁矩為1.819μV·s·m，試驗至500h，樣品磁矩降低為1.811μV·s·m，磁矩不可逆損失為0.46%。延長至1000h時，樣品磁矩下降為1.808μV·s·m，磁矩不可逆損失達到0.57%。試驗延長至1500h，樣品磁矩穩(wěn)定為1.808μV·s·m，磁矩不可逆損失為0.58%。這表明高溫造成的反向疇并不會隨著時間的延長而持續(xù)增多，而是隨時間先快速增長，后趨于穩(wěn)定。

  (二)冷熱沖擊試驗

  在-40℃~160℃的冷熱沖擊試驗中，樣品經(jīng)歷999次循環(huán)。試驗結(jié)果顯示，20℃時樣品初始剩磁為1.362T，經(jīng)歷999次循環(huán)，剩磁保持為1.363T;160℃時剩磁初始為1.128T，試驗結(jié)束時樣品剩磁保持為1.128T。160℃時Hd5初始為734.4kA/m，至試驗999循環(huán)結(jié)束，Hd5為733.6kA/m。樣品初始磁矩為1.817μV·s·m，試驗至200循環(huán)，磁矩下降為1.811μV·s·m，磁矩不可逆損失為0.37%。至300循環(huán)，磁矩下降為1.809μV·s·m，磁矩不可逆損失達到0.47%。當(dāng)試驗至999循環(huán)結(jié)束，磁矩下降為1.808μV·s·m，磁矩不可逆損失穩(wěn)定為0.48%。樣品經(jīng)歷劇烈熱脹冷縮后，得益于高溫氧化造成的主相腐蝕，磁鐵樣品能保持較好的磁性能。

  (三)高溫高濕試驗

  釹鐵硼磁鐵在高溫高濕條件下易發(fā)生嚴(yán)重腐蝕。在85℃×85%RH的高溫高濕試驗中，經(jīng)過1500h的考驗，環(huán)氧樹脂涂層保護下的釹鐵硼磁鐵樣品主要磁性能參數(shù)能保持穩(wěn)定。20℃時初始剩磁為1.362T，至1500h試驗結(jié)束，剩磁保持為1.362T;160℃時剩磁初始為1.126T，至試驗結(jié)束，剩磁為1.128T;160℃時Hd5初始為732.9kA/m，至試驗結(jié)束，Hd5保持732.3kA/m。樣品磁矩從試驗初始至1500h結(jié)束，樣品磁矩保持為1.816μV·s·m，試驗前后磁矩不可逆損失小于0.1%。觀察樣品的顯微照片，未發(fā)現(xiàn)紅色銹蝕、起泡、脫落等異常，掃描電鏡照片也未發(fā)現(xiàn)磁鐵晶粒剝離等明顯缺陷，表明磁鐵表面涂層未產(chǎn)生破壞。

  (四)高壓加速壽命試驗

  在130℃、95%RH的高壓加速壽命試驗中，樣品經(jīng)過試驗后，主要磁性能參數(shù)未出現(xiàn)明顯變化。20℃時樣品初始剩磁為1.361T，至濕度95%RH試驗結(jié)束，樣品剩磁保持為1.361T;160℃時剩磁初始值為1.127T，至95%RH試驗結(jié)束，剩磁為1.127T;160℃時Hd5初始為728.4kA/m，至95%RH試驗結(jié)束，Hd5為728.6kA/m。至濕度95%RH試驗結(jié)束，磁矩?zé)o明顯變化，磁矩不可逆損失小于0.1%。觀察樣品的顯微照片，未發(fā)現(xiàn)紅色銹蝕、起泡、脫落等異常，掃描電鏡照片中磁鐵晶粒完整無異常，表明環(huán)氧鍍層防護條件下的釹鐵硼磁鐵樣品，在高壓高溫高濕的嚴(yán)苛條件下，磁性能保持穩(wěn)定。

  四、結(jié)論與展望

  通過對釹鐵硼磁鐵樣品進行高溫長時存儲試驗、冷熱沖擊試驗、高溫高濕試驗、高壓加速壽命試驗等一系列惡劣工況試驗，得出以下結(jié)論：可將高溫長時存儲試驗(160℃×1000h)、冷熱沖擊試驗(-40℃~160℃，10秒內(nèi)完成溫度切換，每個溫度保溫0.5h，循環(huán)300次)、高溫高濕試驗(85℃×85%RH×1000h)、高壓加速壽命試驗(130℃、95%RH)作為新能源車用高性能釹鐵硼材料的評價條件。在良好的涂層防護(環(huán)氧樹脂)條件下，高性能釹鐵硼磁鐵磁性能無明顯變化，原飽和充磁的磁鐵磁矩受高溫影響，出現(xiàn)不同程度的不可逆磁矩損失，但均小于1%。本研究為新能源汽車用高性能釹鐵硼磁鐵的性能評估和應(yīng)用提供了重要參考，對提升釹鐵硼磁鐵在新能源汽車領(lǐng)域的應(yīng)用水平具有積極的指導(dǎo)意義。未來，隨著新能源汽車行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，高性能釹鐵硼磁鐵的市場需求將進一步增長，其性能優(yōu)化和可靠性提升也將成為研究的重點方向，以更好地滿足新能源汽車對高性能磁性材料的需求。