Pitt与Powdermet合作开发使无稀土电机 采用更可持续MnBi永磁体

据外媒报道，美国匹兹堡大学斯旺森工程学院（Pitt Swanson School of Engineering）与纳米材料和先进材料研发公司Powdermet Inc.共同开发无稀土电机。

（图片来源：Pitt）

大多数电动汽车的电机依靠由稀土金属制成的永磁体。稀土资源数量有限，而且在开采和加工过程中会产生大量有毒废物，容易造成环境污染。为了满足不断增长的市场需求，关键在于设计不含稀土金属的电机，尤其是对可持续性供应链来说。

该项目由Powdermet领导进行，旨在创造一种电机，使用由储量更丰富的金属制成的永磁体，取代稀土金属。最近，美国能源部为该项目拨款20万美元，以将基于MnBi（锰－铋）的永磁材料商业化。这些材料在美国能源部艾姆斯实验室关键材料研究所 (CMI) 开发。

研究人员表示：“MnBi是一有吸引力的低成本无稀土永磁材料，在室温下具有高磁晶各向异性（1.6 × 106 J m−3）和良好的磁化强度（81 emu g−1）。尽管其理论最大能积 (BH) max为20 MGOe，低于NdFeB基磁体，但低温相MnBi具有正矫顽力温度系数，可以达到 200 °C，因此成为高温应用的潜在选项，例如永磁电机。

“然而，MnBi化合物具有氧敏感性，而且Mn和Bi之间的转熔反应，使其很难合成高纯度材料。通过在合金中添加过量的Mn，可以部分解决这一挑战。由于其成分接近Mn55Bi45，经过电弧熔化、铸造、熔体纺丝和球磨研磨等常见加工技术，可获得最高的饱和磁化强度。

“我们报告了一种系统的处理方法，可以减少使用过量Mn。同时，在退火后的Mn52Bi48晶带（annealed Mn52Bi48 ribbon）中，可在300 K下提供79 emu g−1的高饱和磁化强度（MS）。另外，我们还报告，球磨粉末具有优异的磁性能，在300 K的9T外加磁场下，可得到0.5–5 µm的颗粒，MS为75.5 emu g−1，矫顽力Hci为10.8kOe，(BH)max为13MGOe。对不同的球磨粉末进行二次退火处理后，Hci提高达21%，MS也增至78.8emu g 1。”

Pitt团队将使用ANSYS MotorCAD，对使用新型磁性材料的电动机设计，共同进行基准测试。研究人员Paul Ohodnicki表示：“永磁体可用于电动机中，即使存在相反磁场的情况下，也可以产生并保持强磁场。与之相反，电磁体需要电流。使用诸如艾姆斯实验室开发的基于MnBi永磁体的替代材料，来制造永磁体，而不是像钕和镝这样的稀土金属，将使电动汽车变得更实惠、更具有可持续性。”