技术论坛

作者：骏材磁应用团队（AIC Engineering） | 材料：SmFeN（钐铁氮） | 行业：电机马达

作者：AIC Engineering 磁应用团队

电机工程师面临着一个持续且日益尖锐的设计矛盾：在更紧凑的封装空间内实现更高的转矩密度和效率，同时应对材料成本波动和供应链风险。几十年来，选择似乎是非此即彼的——大宗商品驱动使用低成本的铁氧体，高端应用则采用高性能烧结钕铁硼。两者各有众所周知的缺点：

机器人行业正进入一个新阶段，其中执行器密度、热耐受性以及供应链多元化已不再是次要考量，而是核心设计驱动力。协作机器人、足式移动平台以及手术机械臂均要求紧凑、高扭矩的电磁组件，并能在宽温域内保持性能。尽管 ${\mathrm{N}\mathrm{d}}_2{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{14}B$（钕铁硼）仍是主导的硬磁材料，但其众所周知的温度敏感性（内禀矫顽力的可逆温度系数 ${\alpha }_{H_{cJ}}$ 通常在 $-0.5$ 至 $-0.6\%{/}^{\circ }C$ 范围内）以及对重稀土的依赖，促使业界对替代材料进行严谨的评估。

全球电动工具市场正在经历一场静悄悄的材料革命。随着无绳平台向更高电压的无刷架构（36 V、60 V 及以上）迁移，电机设计师面临着一系列交汇的约束条件：高强度工作循环导致的转子温升、重稀土元素的供应链压力，以及在符合人体工学的紧凑外形中不断提升功率密度的迫切需求。在此背景下，${\mathrm{S}\mathrm{m}}_2{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{17}{N}_3$——通常简称为钐铁氮（SmFeN）——作为一种性能介于硬磁铁氧体与烧结钕铁硼（${\mathrm{N}\mathrm{d}}_2{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{14}B$）之间的可靠永磁候选材料，重新进入了工程界的视野。

全球泵、阀门和压缩机的装机总量估计消耗了所有工业电机能耗的 20%–25%。即使在磁力驱动效率、密封可靠性或电机功率密度方面取得微小的改进，也能在化工、暖通空调、油气以及水处理等领域带来显著的全生命周期成本节约和碳减排效益。

化合物 ${\mathrm{S}\mathrm{m}}_2{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{17}{N}_3$——通常简称为钐铁氮（SmFeN）——凭借一系列出色的本征磁性能，在电机领域持续受到关注：高磁晶各向异性、良好的居里温度，以及可与烧结 ${\mathrm{N}\mathrm{d}}_2{\mathrm{F}\mathrm{e}}_{14}B$ 相媲美的理论磁能积。然而，钐铁氮在约 600 °C 以上的热力学亚稳态特性，历史上将其致密化工艺限制在粘结或压缩成型范畴，导致剩磁和 $(BH{)}_{\mathrm{m}\mathrm{a}\mathrm{x}}$ 值低于全致密烧结钕铁硼。近年来，低温烧结和粉末加工技术的进步正在缩小这一差距，使得从第一性原理深入理解钐铁氮在电机磁路中的作用不再仅具学术意义，更具有重要的经济价值。