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一位顾客要求购买“稀土磁铁”，其实并没有告诉我们太多信息。
他们是否需要一个非常小的部件能产生最大的磁输出？磁铁是否会紧贴发热的电机绕组？它是否会暴露在潮湿环境中？它是否需要保持其磁性能长达十年，还是将用于低成本的消费类产品？
这些问题通常比那句话更重要 稀土 它本身。
钕、镨、钐、镝和铽都与永磁体有关，但它们的作用各不相同。 钕（Nd）和镨（Pr）与钕铁硼（NdFeB）磁体密切相关。钐（Sm）属于钐钴（SmCo）磁体系列。当需要考虑矫顽力及高温退磁等问题时，通常会涉及镝（Dy）和铽（Tb）。
在比较磁铁的等级或价格之前，有必要先了解这一点。
什么是稀土元素？
稀土是一组由17种金属元素组成的元素族。该族包括15种镧系元素，以及钪和钇。
这个名称往往给人一种印象，即它们全都极其稀缺。但这其实并不是主要问题。有些矿种的分布范围相对较广，但具有经济开采价值的矿床、分离、提纯及下游加工则是另一回事。
在关于永磁体的讨论中，只有少数几种稀土元素经常被提及。
元素 | 符号 | 与永磁体的典型关联 |
钕 | Nd | 钕铁硼磁铁的主要成分 |
镨 | Pr | 常与Nd一起用于NdPr合金中 |
镝 | Dy | 用于提高高要求等级产品的矫顽力 |
铽 | Tb | 当需要对消磁具有很强的抗性时，此功能非常有用 |
钐 | Sm | SmCo磁体中使用的稀土元素 |
然而，如果仅仅通过询问磁铁中含有哪些元素来判断它，那将是一个错误。
一种元素即使含量极微，也可能改变矫顽力。另一种元素则构成主要磁相的一部分。而生产工艺又会再次改变最终结果。
永磁体不一定是稀土磁体
早在现代钕铁硼（NdFeB）材料出现之前，永磁体就已经存在了。
铁氧体、铝镍钴、钐钴和钕铁硼都是永磁材料，但只有钐钴和钕铁硼属于稀土磁体家族。
铁氧体很好地说明了这种区分为何重要。虽然其磁性远低于高品质的钕铁硼，但铁氧体依然非常实用。它价格低廉，耐腐蚀性好，在许多电机、扬声器和家用产品中都能发挥出完全令人满意的性能。
在这些产品中用钕代替铁氧体，并不一定就能使它们变得更好。
当空间变得有限时，情况就会发生变化。
如果可用磁体体积较小，但设计仍需要较大的磁通量，那么采用高能量密度磁体可以解决这个问题——否则就需要更大的磁路。这就是稀土磁体在紧凑型电机和电子产品中变得至关重要的实际原因之一。
稀土元素在磁体内部究竟起什么作用？
答案取决于该元素。
钕磁体中的主要硬磁相是以Nd₂Fe₁₄B为基础的。其晶体结构赋予了该材料能够实现极高磁能的特性。
实际生产的合金要复杂得多。
部分钕可能与镨共存或被镨取代。其他添加剂则用于调节晶界、耐腐蚀性、可制造性或矫顽力。具体的配方因生产商和磁铁等级的不同而有所差异。
这也是为什么仅凭化学成分无法全面说明问题。
两种磁铁在基本材料说明中可能看起来相似，但在加工后表现却各不相同。粉末粒度、吸氧量、晶粒取向、烧结条件和热处理都会影响最终成品。
因此，仅根据化学成分来采购磁铁的人，实际上忽略了重要的一环。
稀土元素与钕铁硼磁铁有什么关系？
NdFeB 是钕-铁-硼的缩写，尽管市售材料很少仅由这三种元素组成。
钕铁硼之所以重要，不仅仅是因为又发现了一种磁性材料。它使设计师能够从相对较小的体积中获得更多的磁能。
考虑一个紧凑型伺服电机。
转子尺寸的增大空间可能非常有限。更强的永磁体为设计人员提供了一种新途径，可以在不显著增大电机体积的情况下，达到所需的转矩。
这种优势同样体现在机器人关节、电动工具、扬声器、传感器以及许多电动驱动系统中。
不过，剩磁最强的等级并不总是最佳选择。
我们经常收到客户咨询，他们起初询问的是“最强的N52磁铁”。但经过应用场景的讨论后，发现该磁铁安装在会变得相当烫的电机中。在这种情况下，温度特性与矫顽力可能比室温下磁输出的小幅提升更为重要。
仅凭一个成绩数字，永远无法全面反映申请情况。
为什么镝和铽很重要？
当磁体必须在更严苛的条件下保持其磁化强度时，镝（Dy）和钬（Tb）就变得重要起来。
热量是一个问题。强烈的反向磁场是另一个问题。
在运行中的电动机内部，永磁体所处的环境并不像实验室数据表中描述的那样理想。运行过程中可能会出现温度变化、负载变化以及反向磁场等情况。
如果矫顽力过低，磁体的一部分可能会发生不可逆的退磁。
镝和铽有助于提高对该问题的抗性。其缺点是这两种材料成本高昂，而单纯增加其用量并非一种理想的工程解决方案。
这促使磁铁生产商更高效地利用重稀土元素。
晶界扩散是一种方法。与其在整个磁体中均匀分布相同浓度的钕（Dy）或钬（Tb），不如采用一种能将这些元素的作用集中在晶界周围的方式来引入这些材料。
对买家来说，关键点很简单：钕含量更高的磁铁并不一定就更好。
关键在于，成品磁铁是否具备实际磁路和工作温度所要求的矫顽力。
钐钴合金适用于哪些领域？
SmCo 其所面向的市场与普通钕铁硼略有不同。
设计师很少仅仅因为想要尽可能高的磁力而选择它。当在恶劣条件下的稳定性开始超过初始材料成本时，钐钴（SmCo）磁材往往就会被选用。
高温就是其中一个例子。
对于在持续高温环境下工作的仪器、电机或传感器，与钕铁硼（NdFeB）等级材料相比，钐钴（SmCo）可能提供更宽裕的工作余量。此外，其耐腐蚀性在那些原本需要特别注意表面保护的应用中也颇具优势。
航空航天零部件、高温电机和精密传感设备都是常见的例子。
这并不是一种完美的材料。
SmCo 材质脆性较大。加工时需谨慎操作，组装时若不慎可能会导致崩边或开裂。此外，与许多常见的 NdFeB 牌号相比，其价格也较为昂贵。
并不存在一个放之四海皆准的温度阈值，让所有工程师都必须在此温度下停止使用钕铁硼（NdFeB）并改用钐钴（SmCo）。磁体几何形状、负载曲线、磁材等级、周围材料以及预期使用寿命都会影响这一决策。
这使得“X°C以下使用NdFeB，X°C以上使用SmCo”这一简单规则不可靠。
稀土磁铁与传统永磁体
只要不将其视为选择图表，基本的比较仍然是有用的。
材料 | 稀土？ | 通常表现良好的领域 | 主要关切 |
NdFeB | 是的 | 在有限空间内实现高磁通量 | 热损伤和腐蚀在很大程度上取决于钢材等级和防护措施 |
SmCo | 是的 | 高温和严苛的环境 | 成本与脆性 |
铁氧体 | 不 | 对成本敏感且需耐腐蚀的应用 | 要达到相同的磁输出，需要更大的体积 |
AlNiCo | 不 | 高温仪器和传感器 | 相对较低的矫顽力 |
实际上，材料的选择往往取决于设计所能承受的极限。
如果空间足够，使用铁氧体可能以更低的成本实现这一目标。
如果必须缩小产品尺寸，钕铁硼（NdFeB）或许能实现这一改变。
如果温度稳定性是设计中的首要考虑因素，那么钐钴磁体的较高价格就显得物有所值了。
这比将这四种材料从“最好”到“最差”进行排名更有用。
为什么稀土磁铁能产生如此大的磁能？
原因有几个，而且它们是相互关联的。
NdFeB等材料的晶体结构赋予了它们很强的磁各向异性。通俗地说，这种材料具有非常明显的磁化方向偏好。
通过良好的加工工艺，可以形成有助于材料保持该磁化的微观结构。
剩磁、矫顽力和最大能量积分别描述了这种行为的不同方面，但不应将其视为三个需要分别最大化的独立数值。
例如，只有当磁体在工作条件下仍具有足够的矫顽力时，提高剩磁才会有意义。
当尺寸成为关键因素时，BHmax 尤其有用。具有更高最大能量积的材料通常能够以更小的磁体体积提供所需的磁性能。
这并不意味着每个设计都应自动采用BHmax值最大的材料。
工程师们正在同时权衡磁输出与价格、温度、尺寸和可靠性之间的关系。
NdFeB 还是 SmCo？
这个问题往往在项目初期就提出来了。
在两者之间做出选择之前，我们需要先弄清楚磁铁将被放置在哪里。
对于在适中温度下运行的、结构相对紧凑的工业电机，通常会选用钕铁硼（NdFeB）。这种材料供应广泛，可选等级众多，且磁性能极佳。
现在想象一下另一种电机。
它在远高于正常温度的条件下持续运行。该设备难以维护，且在使用寿命期间磁性能的退化会导致代价高昂的故障。
与日后重新设计或更换设备所需的成本相比，钐钴（SmCo）的额外材料成本可能突然显得微不足道。
这就是为什么仅根据尺寸来报价磁铁是危险的。
根据零件的实际使用位置，同一张图纸可以合理地采用两种不同的磁性材料来制作。
电动汽车电机中的稀土磁铁
电动汽车让稀土永磁体受到了更多关注。
牵引电机需要在不变得过大或过重的情况下提供充足的扭矩。效率至关重要，因为任何电能损耗最终都会影响车辆续航里程和热管理。
钕铁硼（NdFeB）在该环境下表现良好，特别是在永磁同步电机设计中。
但电动汽车电机也说明了，为什么磁体的选择不能仅考虑室温下的磁性能。
运行过程中转子温度会升高。磁体可能会遇到强烈的反向磁场。驱动工况在加速、巡航和再生制动之间不断变化。
一种在试验台上表现良好的磁材，一旦这些条件同时存在，其矫顽力可能就不够了。
因此，工程师们不仅致力于研发更强力的磁体，还致力于改进散热设计、优化电机结构，并减少昂贵且笨重的稀土元素的使用。
发展方向并非仅仅是“在电机中加入更多的稀土材料”。
其目的是在减少材料用量的同时，更好地控制材料的用料位置，从而达到所需的性能。
不使用稀土元素能否制造出高性能磁体？
不含有稀土元素的永磁体早已存在。铁氧体和铝镍钴（AlNiCo）就是明证。
难点在于更换。
假设从一台紧凑型电机中拆下钕铁硼磁铁，并用铁氧体磁铁代替。虽然铁氧体材料可能更便宜，但设计人员可能需要更大的磁体体积、更大的转子，或者采用不同的电磁布局。
在这种情况下，仅比较每公斤价格几乎无法提供任何有用的信息。
研究人员仍在继续研究能够减少对稀土依赖的材料，尤其是那些能够弥合铁氧体与钕铁硼之间性能差距的材料。
然而，对于工业界而言，一种新材料不仅需要有令人感兴趣的实验室结果，还必须能够实现大规模生产、具有合理的稳定性、可重复性，并且在经济上可行。
最后这一步往往是最难的。
制造业的影响比许多买家预期的要大
烧结钕铁硼的生产通常从合金制备开始，随后依次进行粉末制备、磁性取向、压制、烧结和热处理。
烧结后，磁体经过机械加工以达到最终尺寸，必要时进行涂层处理，并进行磁化。
这些操作没有一个是简单的。
富钕材料易与氧气发生反应。粉末制备过程中的控制不力会影响工艺稳定性和磁体性能。压制过程中的取向会影响磁取向。热处理会影响晶界。
机械加工可能会带来另一系列问题。
永磁材料通常具有脆性而非延展性。对于普通金属零部件而言看似简单的尺寸图，若采用NdFeB或SmCo材料制造，则可能需要采取完全不同的设计方法。
边缘、薄壁、小孔以及非常严格的公差都会影响制造成本。
这就是为什么生产经验往往与名义上的磁材等级同样重要。2. 根据要求将"magnet grade"译为"磁材等级"，保持原文单位符号"grade"的含义，不添加"等级"的中文单位。
工业采购方应如何对稀土磁铁进行技术规格说明？
通常仅向供应商提供尺寸和“N52”的要求是不够的。
首先应讨论温度问题。不仅要考虑室温，还要考虑正常工作温度以及该部件可能出现的任何短期峰值温度。
接下来是环境。
安装在干燥密封传感器内部的磁铁所面临的腐蚀风险，与安装在潮湿、油污或盐雾环境附近的磁铁截然不同。
磁路同样很重要。工程师可能需要了解周围的钢材、气隙、磁化方向，以及磁体是否会受到反向磁场的影响。
涂层的选择取决于这些条件，而不是外观。
还应尽早讨论年产量问题。一种适用于50个开发样品的解决方案，一旦量产达到数十万件，可能就不经济了。
对于大多数工业项目而言，有用的规格并非仅仅是：
“钕铁硼，N52，20 × 10 × 5 毫米。”
这是对该磁铁在装入成品后应如何工作的描述。
关于稀土磁铁的常见问题
钕磁铁是稀土磁铁吗？
是的。钕属于稀土元素，而钕铁硼（NdFeB）被归类为稀土永磁体。
每块永磁体都含有稀土元素吗？
不。铁氧体和铝镍钴磁铁并不需要稀土元素。
目前广泛使用的永磁体中，哪一种磁力最强？
在已投入商业应用的永磁材料中，钕铁硼（NdFeB）通常具有最高的磁能。
这就是为什么非常小的钕磁铁能产生出人意料的强磁场。
为什么要在钕铁硼磁体中添加镝？
通常是为了提高矫顽力并降低不可逆退磁的风险，特别是在高温条件下。
钕含量越高，并不一定意味着磁体的整体性能就越好。它还可能提高成本，并影响其他磁性能。
SmCo 的磁性比 NdFeB 更强吗？
通常来说，就最大磁能而言并非如此。
其优势体现在其他方面：热稳定性、耐腐蚀性以及在苛刻条件下的抗退磁性。
铁氧体能替代钕吗？
有时还相当成功。
如果产品内部空间充足，且所需的磁场强度适中，则铁氧体可能是一个明智的选择。
在结构非常紧凑的电机中，同样的替换可能不仅需要重新设计磁体本身，还可能需要对更多部件进行重新设计。
一种更实用的稀土磁体思考方式
稀土含量只是永磁体的一部分。
归根结底，关键在于成品组件在实际产品中运行数千小时后，能否依然正常发挥作用。
对于某种应用而言，这可能意味着要在几立方厘米的空间内实现尽可能高的磁输出；而对于另一种应用，这可能意味着在高温环境下持续工作数年，且不会出现明显的不可逆损耗。
这些是不同的工程问题。
一旦明确了温度、空间、环境、磁路和预期使用寿命等参数，就很容易理解钕（Nd）、镨（Pr）、钐（Dy）、钬（Tb）或钐（Sm）各自的作用。到那时，在钕铁硼（NdFeB）、钐钴（SmCo）或非稀土材料之间进行选择，就不再是理论上的比较，而是变成了实际的设计决策。
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