SMM, ngày 13 tháng 2: Trong thời đại tiến bộ công nghệ nhanh chóng ngày nay, có một loại vật liệu, dù có "kích thước" nhỏ bé, nhưng chứa đựng năng lượng to lớn và đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực—vật liệu nam châm NdFeB.
NdFeB (neodymium-sắt-bo) là một loại vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm, chủ yếu bao gồm neodymium, sắt và bo, với công thức phân tử Nd₂Fe₁₄B. Neodymium chiếm 25%–35%, sắt chiếm 65%–75%, và bo khoảng 1%. Dù có thành phần tưởng chừng đơn giản, nó sở hữu các tính chất vượt trội và được mệnh danh là "Vua của các Nam Châm Vĩnh Cửu Hiện Đại," là vật liệu nam châm vĩnh cửu mạnh nhất cho đến nay. Nó có thể nâng các khối sắt nặng gấp 1,000 lần trọng lượng của chính nó và có các ưu điểm như mật độ từ dư cao, lực kháng từ cao và sản phẩm năng lượng từ cao, đồng thời có chi phí tương đối hợp lý.
Lịch sử phát triển của vật liệu nam châm NdFeB cũng gắn liền với sự đổi mới công nghệ. Vào những năm 1970, các nhà khoa học bắt đầu nghiên cứu tính từ của hợp kim đất hiếm và phát hiện ra một số hợp kim có lực kháng từ cao và sản phẩm năng lượng từ tương đối cao. Đến đầu những năm 1980, các nhà nghiên cứu tại Sumitomo Electric Industries của Nhật Bản đã phát hiện ra hợp kim NdFeB, có sản phẩm năng lượng từ vượt xa các vật liệu từ khác được biết đến vào thời điểm đó. Năm 1982, Sumitomo Electric Industries đã sản xuất thành công nam châm NdFeB và đưa vào sử dụng thương mại. Sau đó, từ cuối những năm 1980 đến những năm 1990, các công nghệ sản xuất liên tục được cải tiến, nâng cao hiệu suất và tính cạnh tranh về chi phí của các nam châm này. Bước vào thế kỷ 21, phạm vi ứng dụng của nam châm NdFeB tiếp tục mở rộng, nổi bật trong các lĩnh vực như phát điện gió, xe điện, dụng cụ điện và thiết bị điện tử. Sự phát triển của NdFeB tại Trung Quốc có thể chia thành ba giai đoạn: từ 1983–1996, chủ yếu theo công nghệ nước ngoài; từ 1996–2005, giải quyết các vấn đề sản xuất hàng loạt và bắt đầu sản xuất quy mô công nghiệp; và từ 2005 đến nay, tập trung vào giải quyết các vấn đề điều chỉnh từ tính nam châm hiệu suất cao, cân bằng sử dụng đất hiếm và khả năng phục vụ của vật liệu.
Hiện nay, các quy trình sản xuất nam châm NdFeB chủ yếu bao gồm thiêu kết, kết dính và ép phun. Nam châm NdFeB được sản xuất bằng quy trình thiêu kết có lực kháng từ cực cao và sản phẩm năng lượng từ tối đa, với tính chất từ ổn định và trọng lượng nhẹ hơn so với nam châm thông thường. Những nam châm được sản xuất bằng quy trình kết dính được hình thành trong một bước, không cần các thao tác cắt bổ sung, và có thể được gia công thành các hình dạng khác nhau của nam châm vĩnh cửu NdFeB thông qua mài, cắt lát, cắt dây, khoét rỗng và khoan.
Về lĩnh vực ứng dụng, vật liệu nam châm NdFeB đã đạt được "thành công đa diện." Trong lĩnh vực xe điện mới (NEV), chúng là vật liệu chính cho động cơ truyền động, cải thiện đáng kể hiệu suất động cơ và phạm vi hoạt động. Nhu cầu về NdFeB trong ngành NEV đã tăng từ 8,000 tấn vào năm 2015 lên 35,000 tấn vào năm 2022, với tốc độ tăng trưởng hàng năm gộp là 23%. Trong lĩnh vực năng lượng gió, mỗi tua-bin gió nam châm vĩnh cửu truyền động trực tiếp tiêu thụ khoảng 1 tấn NdFeB, khiến nó trở thành vật liệu ưu tiên cho các máy phát điện nam châm vĩnh cửu nhờ sản phẩm năng lượng từ cao và độ ổn định nhiệt tuyệt vời. Trong lĩnh vực điện tử tiêu dùng, các sản phẩm như tai nghe TWS và động cơ siêu nhỏ yêu cầu nam châm siêu mỏng, thúc đẩy R&D của NdFeB nano tinh thể. Nó cũng được sử dụng rộng rãi trong các thành phần như loa, động cơ rung và ổ đĩa cứng trong điện thoại thông minh, máy tính bảng và máy tính xách tay. Trong lĩnh vực robot công nghiệp, vật liệu nam châm NdFeB được sử dụng trong động cơ, cảm biến và các thành phần khác, nâng cao độ chính xác và độ tin cậy của robot. Với sự tăng trưởng nhanh chóng của thị trường robot công nghiệp toàn cầu, nhu cầu về NdFeB hiệu suất cao tiếp tục tăng. Trong lĩnh vực y tế, nam châm NdFeB được sử dụng trong thiết bị MRI để tạo ra các trường từ mạnh, hỗ trợ bác sĩ chẩn đoán bệnh, và cũng được áp dụng trong robot y tế và thiết bị trị liệu từ. Ngoài ra, vật liệu nam châm NdFeB cải thiện hiệu quả năng lượng và hiệu suất của thiết bị trong các lĩnh vực như điều hòa không khí biến tần, thang máy tiết kiệm năng lượng, động cơ servo và máy công cụ.
Từ góc độ phát triển ngành, xu hướng toàn cầu hướng tới trung hòa carbon đang thúc đẩy sự mở rộng liên tục của lĩnh vực năng lượng mới. Cơ quan Năng lượng Quốc tế dự đoán rằng đến năm 2030, tỷ lệ thâm nhập toàn cầu của NEV sẽ đạt 60%, tương ứng với nhu cầu NdFeB có thể vượt quá 100,000 tấn mỗi năm. Công suất lắp đặt điện gió ngoài khơi dự kiến sẽ tăng với tốc độ hàng năm 15%. Trong khi đó, với sự phát triển của công nghệ sản xuất thông minh và internet công nghiệp, ngành NdFeB đang dần đạt được sản xuất thông minh và chuyển đổi số. Kế hoạch 5 năm lần thứ 14 của Trung Quốc đã chỉ định đất hiếm là tài nguyên chiến lược, và chính phủ đã đưa ra một loạt các biện pháp chính sách để hỗ trợ R&D và sản xuất các vật liệu mới như NdFeB.
» Đăng ký dùng thử miễn phí Cơ sở Dữ liệu Chuỗi Công nghiệp Kim loại SMM
Tuy nhiên, thị trường vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm cũng đối mặt với một số thách thức. Sự khan hiếm và biến động giá của tài nguyên đất hiếm là những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của thị trường. Các nguyên tố đất hiếm có trữ lượng hạn chế trên Trái Đất, và nguồn cung của một số nguyên tố đất hiếm đối mặt với các nút thắt cổ chai. Ngoài ra, sự biến động giá đáng kể của đất hiếm đặt ra thách thức cho việc kiểm soát chi phí trong sản xuất vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm. Trong tương lai, với sự tiến bộ công nghệ liên tục, phát triển các loại vật liệu nam châm vĩnh cửu đất hiếm mới, giảm sự phụ thuộc vào các nguyên tố đất hiếm khan hiếm và cải thiện tỷ lệ tái chế tài nguyên sẽ là chìa khóa để giải quyết các thách thức này.
