2022年9月，中国厦门钨业与北方稀土签署战略合作协议，优先保障厦门钨业控股企业对于镨、钕、镧、铈等稀土金属的采购供应。此次签署战略合作协议，是中国南北两大稀土集团在稀土领域的强强连手，对于提升中国稀土产业集中度和国际话语权具有重要意义。

图片来源 : shutterstock、达志影像

中国在稀土材料方面有完整的研发机构，如中国科学院及包头稀土研究院等，在产业方面有厦门钨业、有研稀土及金龙稀土等，其中厦门钨业股份有限公司（简称厦门钨业）的营运架构，包含钨、钼、稀土、能源新材料及房地产，主要从事钨精矿、钨钼中间制品、各种稀土氧化物、稀土金属、稀土发光材料、磁性材料、锂电池正极材料及其他能源新材料的研发、生产和销售，其中钨冶炼产品的生产能力居世界第一，是中国最大的钨钼产品生产与出口企业，同时也是六大稀土集团之一。

福建省长汀金龙稀土有限公司（简称金龙稀土）是福建省稀土产业的龙头企业，为厦门钨业2006年收购之全资子公司，主要从事稀土分离、加工及稀土功能性材料的研发，拥有从稀土矿开采、分离、精深加工（荧光粉、磁性材料）等完整的产业链优势。金龙稀土未来的发展战略，以稀土深加工为重点，不断壮大和延伸稀土产业链。

在厦门钨业与金龙稀土共同申请的专利中，有许多涉及R-T-B系永久磁铁的原料组合物专利，包括钕铁硼磁体材料、原料组合物及其制备方法和应用。

R-T-B系永久磁铁研发方向

为了作为支撑电子器件的关键材料，新型永磁材料的研发方向朝着兼及高磁能积与高矫顽力的方向进行。R-T-B系永磁材料已知为永久磁铁中性能最高的磁铁，被用于硬盘驱动器的音圈电机（VCM）、电动车用（EV、HV、PHV等）电机、工业设备用电机等各种电机和家电制品等。至于什么是R-T-B系烧结磁铁，R指的是稀土元素，T指过渡金属元素及第三主族金属元素，B指硼元素，例如钕铁硼（Nd-Fe-B）永久磁铁，由于其优异的磁特性而被广泛应用于电子产品、汽车、风电、家电及工业机器人等领域，例如硬盘、手机、耳机、和电梯曳引机、发电机等永磁电机中作为能量源等，其需求日益扩大，而诸如剩磁（Br）、矫顽力（Hci）等磁铁重要性能的要求也逐步提升。

为了提升R-T-B系烧结磁铁的剩磁，通常需要降低B含量，但是当B的含量较低时，不具有室温单轴各向异性，会使得磁体的性能劣化。现有技术中，一般透过添加重稀土元素例如镝（Dy）、铽（Tb）、钆（Gd）等，以提高材料的矫顽力以及改善温度系数，但重稀土价格高昂，采用这种方法提高R-T-B系烧结磁体产品的矫顽力，会增加原材料成本，不利于R-T-B系烧结磁体的应用。因此，在不添加或少量添加重稀土的情况下，如何采用低B体系（B＜5.88at％）制备得到高矫顽力、高剩磁的R-T-B系磁铁是目前永磁领域亟待解决的技术问题。

此外，在制备R-T-B系永磁材料过程中，由于原料纯度不够，会引入一定含量的碳；同时由于钕铁硼粉末活泼且流动性较差，需要添加抗氧剂、润滑剂、脱模剂等有机添加剂，也会引入一定含量的碳。常规的制备工艺过程中，碳极易与活泼的富Nd相结合，形成碳化钕，从而导致磁体的内禀矫顽力（intrinsic coercivity，简称Hcj）下降。因此，现面临的技术难题是：一方面需要降低合金中的碳元素含量，另一方面由于制备工艺或原料原因又不得不引入一定的碳源。这样既矛盾又客观的技术难题，亟需一种新的R-T-B系永磁材料的配方来克服上述技术难题。

控制Al含量改善磁铁性能

为了克服现有技术中低B含量（B＜5.88at％）造成磁体性能变差且同一批次产品的磁性能不均一的问题，中国专利CN111243812B提供了一种R-T-B系永磁材料及其制备方法，该R‑T‑B系永磁材料的原料组合物包括：R：28.5～33.0 wt％；Ga：＞0.5 wt％；Cu：≥0.4 wt％；B：0.84～0.94 wt％；Al：0.05～0.07wt％；Co：≤2.5 wt％但不为0；Fe：60～70 wt％；N：Ti、Zr和Nb中的一种或多种；当N包含Ti时，所述Ti的含量为0.15～0.25 wt％；当N包含Zr时，所述Zr的含量为0.2～0.35％；当N包含Nb时，所述Nb的含量为0.2～0.5 wt％。所述百分比为各组分质量占该R-T-B系永磁材料总质量的质量百分比。藉由控制该R-T-B系永磁材料原料组合物中Al的含量，例如Al占所述原料组合物总质量的质量百分比为0.05~0.07 wt %，同时将一定范围含量内的Ga和Cu与其他元素作合适的组成配置，能够制得磁体性能优异且且同一批次产品性能均一的R-T-B系永磁材料。

晶界扩散助力Hcj提升

为了解决R-T-B系永磁材料中碳元素导致磁体之内禀矫顽力（Hcj）下降的问题，美国专利公开号US20220293309A1提供一种R-T-B系永磁材料和将该R-T-B系永磁材料进行晶界扩散处理的制备方法[1]。该R-T-B系永磁材料包括以下组成：稀土元素R：29.0~32.5 wt.%，且R包括重稀土元素（RH）；Cu：0.30~0.50 wt.%；Ti：0.05~0.20 wt.%；B：0.85~1.05 wt.%；C：0.1~0.3 wt.%；Fe：66~68 wt.%；其中稀土元素R至少包括钕（Nd），且重稀土元素（RH）至少包括镝（Dy）或铽（Tb）。该R-T-B系永磁材料中含有Cu-Ti-C晶界相，允许较高含量的碳，不需要额外控制碳含量，有助于生产管控；同时，因在扩散过程中形成Cu-Ti-C晶界相，抑制了Nd-C的生成，提供更多的扩散通道，有助于扩散过程Hcj的提升，例如：铽（Tb）扩散Hcj提升了1162kA/m，镝（Dy）扩散Hcj提升了883kA/m。图1为制得的R-T-B系永磁材料观察其磁体的晶相结构，扫描形成的Nd、Cu、Ti、C分布图，其中点1为Cu-Ti-C相。

图1： R-T-B系永磁体晶相结构

图片来源：美国专利号US20220293309A1

适量调节C、Cu及重稀土元素用量

为了克服现有技术的钕铁硼磁体透过添加Co来提高居里温度和抗腐蚀性能、而Co又容易造成矫顽力急剧下降以及价格昂贵的缺陷以及Al的过量加入恶化剩磁和居里温度的缺陷，PCT国际专利号WO2021/244314A1提供了一种钕铁硼磁体材料的原料组合物[2]，包括轻稀土元素LR，所述LR包括钕（Nd）、镨（Pr）和/或钐（Sm）；其中，当所述LR包含镨（Pr）时，所述镨（Pr）的含量为0~16mas%、且不为0；钬（Ho），0～10mas％、且不为0；钆（Gd），0～5mas％；镝（Dy），0～3mas％；铽（Tb），0～3mas％；且Gd、Dy和Tb不同时为0；碳（C），0.12～0.45mas％；铜（Cu），0.12～0.6mas％；镓（Ga），0～0.42mas％，且不为0；钴（Co），0～0.5mas％；铝（Al），0～0.5mas％；X，0.05～0.45mas％，所述X包括钛（Ti）、钕（Nb）、锆（Zr）、铪（Hf）、钒（V）、钼（Mo）、钨（W）、钽（Ta）和铬（Cr）中的一种或多种；硼（B），0.9～1.05mas％；其余为Fe；mas%为各元素占所述钕铁硼磁体材料的质量百分比；该钕铁硼磁体材料的微观结构包含主相、晶界外延层和富钕相；主相和晶界外延层分布有Ho和C，富钕相分布有Cu以及Dy和/或Tb；透过熔炼时添加适当用量的C和Cu以及重稀土元素，在不添加或者少量添加Co及Al时，调节材料的剩磁、矫顽力，同时改善高温稳定性。该钕铁硼磁体材料晶界连续性好（达96.5%以上），具有高剩磁、高矫顽力、良好高温性能和良好的耐腐蚀性。图2为钕铁硼烧结体的SEM图，其中1为主相，2是晶界外延层，3是富钕相。

图2：钕铁硼烧结体的SEM图

图片来源：美国专利号WO2021/244314A1

备注：

好消息～北美智权报有微信公众号了！ 《北美智权报》内容涵盖世界各国的知识产权新闻、重要的侵权诉讼案例分析、法规解析，以及产业与技术新知等等。 立即关注北美智权微信公众号→ NAIP_IPServices ～欢迎读者分享与转发～

【本文仅反映专家作者意见，不代表本报及其任职单位之立场。】

作者： 芮嘉玮 现任： 台湾中技社科技暨工程研究中心 组长 学历： 台湾清华大学 奈米工程与微系统研究所 博士 台湾中原大学 财经法律研究所 硕士 台湾科技大学 材料科学与工程研究所 硕士 经历： 台湾工研院技术移转与法律中心执行长室 台湾工研院电子与光电研究所专利副主委 光电产业知识产权经理 专长： 长期从事产业研究、专利知识产权与投资评估等工作，专注于能源、产业、环境、经济等议题。擅长创新技术策略分析、科技预测及评估、专利分析与布局、产业分析、知识产权管理与经营策略、专利的商业化与货币化。熟捻产业技术发展趋势，并常在各媒体平台发表文章、应邀演讲，成功引领技术前瞻与产业关键议题。