钐钴是钐与钴形成的金属间化合物为主要成分的一类稀土永磁材料，工业产品中还常加入铁、铜、锆等元素以调节性能，按成分与结构分为 1:5 型（SmCo5）和 2:17 型（Sm2Co17）两个系列。[1][2] 它以较高的磁能积、很低的剩磁温度系数和良好的抗氧化性著称，在 180 ℃ 以上的环境中磁性能表现优于钕铁硼，因而是高温、高可靠性场合的重要永磁材料。[3][4]
定义
钐钴是以钐、钴两种元素形成的金属间化合物为基体的永磁材料，属于稀土永磁材料的一个类别。[1][4] 工业产品中通常还引入铁、铜、锆等元素，用来调整显微组织和磁性能。[2]
按成分与晶体结构，钐钴主要分为两个系列：第一代 1:5 型，化学式写作 SmCo5；第二代 2:17 型，以 Sm2Co17 为基体。[1] 两者都是六方或菱方结构的金属间化合物，一般采用粉末冶金方法成形并烧结。[5]
钐钴中的稀土组元钐在 1879 年由法国化学家勒科克·德·布瓦博德朗（Paul Émile Lecoq de Boisbaudran）分离得到，但具备实用价值的钐钴磁体直到 20 世纪 60 年代末才被制备出来。[4]
原理
钐钴的磁性能主要来自晶体结构带来的强磁晶各向异性。SmCo5 具有六方 CaCu5 型结构，空间群为 P6/mmm，其磁晶各向异性场最高可达约 440 kOe，是已知稀土—过渡族化合物中的最高值之一，因而能够沿易磁化方向获得很高的矫顽力。[6]
Sm2Co17 型在 1250 ℃ 以下为菱方结构，空间群为 R-3m，每 13 至 17 个过渡金属原子对应 2 个钐原子；过渡金属以钴为主，并含铁、铜，有时还添加锆、铪等元素。[5] 这类合金经过时效硬化后，晶粒内部形成胞状组织，胞壁对磁畴壁的运动起阻碍作用。[5]
两个系列的矫顽力机制并不相同：1:5 型由反磁化畴的成核过程控制，制造中要尽量减少杂质与缺陷；2:17 型则依靠畴壁钉扎，反而需要有意引入析出相。[4][5]
温度特性方面，钐钴的居里温度约为 700 至 800 ℃，剩磁随温度变化可用 $RTC=(\Delta B_r/B_r)\times(1/\Delta T)\times 100\%$ 表示，其可逆温度系数典型值约为 -0.03%/℃，大致只有钕铁硼的四分之一。[4][5]
发展历程
1959 年和 1960 年，内斯比特（E. A. Nesbitt）与哈伯德（W. H. Hubbard）先后研究了 GdCo5 化合物的铁磁性质和单轴磁各向异性，为此后稀土钴化合物磁体的研究打下基础。[7]
20 世纪 60 年代中期，施特尔纳特（Karl Strnat）等人把 SmCo5 化合物看作新型高能量密度磁体的候选材料。[8] 1967 年首次用粉末取向法制得块状 SmCo5 磁体，矫顽力超过 8 kOe，最大磁能积为 5.1 MGOe。[6] 此后数年内，烧结 SmCo5 与经整体热处理的 Sm(Co,Fe,Cu)5 两类材料相继出现。[8]
1969 年美国的达斯（D. K. Das）采用固相烧结法、1970 年本茨（M. G. Benz）等人采用液相烧结法，制成了性能较为稳定的 SmCo5 磁体，稀土钴硬磁合金自此进入工业化生产阶段。[7] 1968 年荷兰的布绍（K. H. J. Buschow）还用流体静压方法制得磁能积约 18.5 MGs·Oe 的 SmCo5 粉末压制磁体。[7]
20 世纪 70 年代，研究重心转向 2:17 型。[8] 1971 年 R2(Co,Fe)17 赝二元化合物得到系统研究；1973 至 1975 年间日本制成相分解硬化型 Sm(Co,Cu,Fe)7 合金，1977 年又制出磁能积约 30 MGs·Oe 的 Sm(Co,Fe,Cu,Zr)7.4 合金。[7] 日本研究者 T. Ojima 等人研制的 2:17 型磁体最大磁能积达到 32.5 兆高奥，被称作第二代稀土永磁。[7]
中国于 1969 年研制出 1-5 型烧结磁体，70 年代以后又陆续制成高性能辐向磁体、磁能积约 30 MGs·Oe 的磁体以及低温度系数磁体等 2:17 型产品。[7]
1990 年代末，专用 2:17 型磁体的工作温度上限扩展到 550 ℃；2015 年，高铁含量的 Sm(Co,Fe,Cu,Zr)8 磁体在室温下的磁能积据报达到 35 MGOe。[8]
应用
钐钴主要用于对温度稳定性和可靠性要求较高的场合。在电真空与微波领域，它用于行波管等器件的电子束聚焦；在惯性与导航领域，用于加速度计、陀螺仪等器件；在航空领域，用于飞机发动机的电机与发电机；医疗方面则见于医用电动工具和器械电机。[9][3]
在航天与国防方面，卫星姿态控制力矩器、雷达波导管的聚焦部件、鱼雷制导系统，以及核磁共振成像设备、粒子加速器的磁路系统都会用到钐钴磁体。[10] 中国电子科技集团第九研究所的产品手册把航空航天、国防军事、微波器件、传感器、汽车部件、高温电机和磁力传动装置列为钐钴的应用方向。[3]
在工业与民用装置中，钐钴用于磁轴承、磁力联轴器、磁性传动装置、各类传感器以及高温电机。[11][3] 由于含铁量很低，它还能在接近绝对零度的极低温环境中保持磁性，适合低温与超导相关装置。[11]
近年钐钴的应用范围扩展到 5G 基站环形器和高速轨道交通牵引电机等新兴领域。[10]
局限
磁性能上限受到限制。商用钕铁硼最高牌号的最大磁能积约为 52 MGOe，钐钴约为 32 MGOe，室温下钐钴通常弱于钕铁硼。[12][13]
成本偏高。钐属于价格较贵的稀土元素，而钴在钐钴原料中占比超过六成，原材料价格波动会直接传导至产品成本。[10] 与钕铁硼相比，钐钴的单位价格更高。[13][12]
力学性能较差。钐钴是各类永磁材料中最脆的一种，受冲击时容易开裂甚至碎裂，加工与装配过程中必须避免应力集中和剧烈碰撞。[13]
加工与安全要求特殊。钐钴一般在未充磁状态下加工，磨削需使用水基冷却液和金刚石砂轮；磨削产生的废料不能完全干燥，因为该材料燃点较低，静电产生的微小火花即可将其引燃。[5][1]
供应链集中度较高。全球稀土磁体的加工与制造很大比例集中在中国，钐的加工尤其如此；2025 年 4 月起中国要求钐等中重稀土金属出口须获得许可，使钐钴供应带有明显的政策和地缘敏感性。[14]
替代工艺形成挤压。钕铁硼晶界扩散等技术改善了后者在高温下的磁性能，钐钴在部分高温应用中的独占优势被削弱；在永磁体总用量中，钐钴所占比例不足 2%，属于小众品种。[12]
参见
参考资料
- 图文详情——科普中国资源服务 . kepuchina.cn [引用日期2026-09-29]
- 钐钴永磁体应用及产业发展现状-稀土信息2025年11期-手机知网 . cnki.net [引用日期2026-09-29]
- 稀土永磁材料及器件-产品手册 . cetc.com.cn [引用日期2026-09-29]
- Samarium alloys | IEEE Technology Navigator . ieee.org [引用日期2026-09-29]
- Samarium–cobalt magnet . ptable.com [引用日期2026-09-29]
- 钐基稀土永磁材料研究进展 . iphy.ac.cn [引用日期2026-09-29]
- 稀土钴硬磁合金 . baidu.com [引用日期2026-09-29]
- Development of Sm-Co permanent magnets . ieee.org [引用日期2026-09-29]
- AMiner - GLM满血模型-AI科研助手 . aminer.cn [引用日期2026-09-29]
- 【原创】三大永磁材料：从铁氧体到钕铁硼的技术演进与应用 . cnpowder.com.cn [引用日期2026-09-29]
- Applications of Samarium Cobalt Magnets . first4magnets.com [引用日期2026-09-29]
- bunting-berkhamsted.com 上的网页 . bunting-berkhamsted.com [引用日期2026-09-29]
- Samarium Cobalt Magnet Material | Eclipse Magnetics . eclipsemagnetics.fr [引用日期2026-09-29]
- 中国“断供”，美国国防工业如何避免稀土短缺 . nytimes.com [引用日期2026-09-29]
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最近更新：2026-09-29T12:01:38Z
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