钕铁硼永磁材料发展探究

2018-12-07王方

稀土信息 2018年11期

文/王方

磁性材料按功能可分为硬磁材料、软磁材料、磁致伸缩材料和磁制冷材料等类别，其中硬磁材料又称为永磁材料，是磁性材料中应用最广泛的材料之一。现代磁性材料已与工业信息化、自动化、机电一体化、国民经济的发展紧密联系，广泛应用于计算机、家电、汽车、通讯、医疗、能源、航天等领域。

钕铁硼永磁材料是20世纪80年代研制并成功运用生产的第三代稀土永磁材料。根据生产工艺不同，可分为烧结、粘结和热压3种。烧结钕铁硼永磁材料是应用粉末冶金工艺，将预烧料制成微粉，压制成型制成坯料，再进行烧结而制成，具有高磁能积、高矫顽力和高工作温度等特性，主要应用于大中型电动机、风力发电机等领域。粘结钕铁硼永磁材料是把钕铁硼磁粉与高分子材料及各种添加剂均匀混合，再用模压或注塑等成型方法制造的磁体。粘结钕铁硼性能不如烧结钕铁硼，但其具备工艺简单、造价低廉、体积小、精度高、磁场均匀稳定等优点，主要应用于信息技术、办公自动化、消费类电子等领域。热压钕铁硼永磁材料是通过热挤压、热变形工艺制成的磁性能较高的磁体，具有致密度高、取向度高、耐蚀性好、矫顽力高和近终成型等优点。目前仅有少数公司掌握了生产工艺，专利壁垒和制作成本高，总产量比较小。烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼在性能和应用上各具特色，在下游应用领域重叠范围比较少，相互之间更多起到功能互补而非替代或挤占的作用。烧结钕铁硼是目前产量最高、应用最广泛的稀土永磁材料，目前我国钕铁硼永磁材料制造商主要生产烧结钕铁硼。

烧结钕铁硼永磁材料分类

根据（GB/T13560-2009）将烧结钕铁硼永磁材料按内禀矫顽力的高低划分为低矫顽力（N）、中等矫顽力（M）、高矫顽力（H）、特高矫顽力（SH）、超高矫顽力（UH）、极高矫顽力（EH）、至高矫顽力（TH）7大类，具体见表1所列。钕铁硼永磁材料的不足之处是其温度性能不佳，在高温下使用磁损失较大，最高工作温度较低，一般为80 ℃左右。只有经过特殊处理的高牌号产品，其最高工作温度可达200 ℃～230 ℃。

钕铁硼永磁行业发展现状

1.国外发展现状

日本是除中国之外最大的钕铁硼永磁生产国,如日本日立金属、信越化工、TDK，其次是欧洲及德国VAC等企业占据了全球高性能钕铁硼48%的市场份额，其中日立金属作为烧结钕铁硼永磁材料的行业先驱，是全球最大的高性能钕铁硼生产厂商。德国VAC公司也主要致力于高性能钕铁硼产品的生产，约占全球市场份额2%。由于我国稀土储量居世界第一，加之国家大力倡导新能源、绿色环保产业的发展，迅速带动下游应用领域的快速发展，境外厂商也逐渐将产业向中国转移，纷纷在内地建立合资企业。

磁能积在50 MGOe 以上的高端钕铁硼主要消费市场在日本、欧美等发达国家和地区，应用领域包括计算机驱动器电机、汽车电动助力转向系统（EPS）、混合动力电动汽车（HEV）、核磁共振成像仪（MRI）、风力发电和高性能微特电机等。

2.我国行业发展现状

进入21世纪，伴随电子信息、数字通讯、新能源汽车、风力发电、节能家电、仪器仪表、医疗器械、国防工业等行业都呈现不同程度的快速增长，继而带动了钕铁硼需求量的不断增长。目前中国已发展成为全球钕铁硼永磁材料的生产和消费大国。从产品品种性能和质量上看，我国钕铁硼永磁产品档次和质量得到了显著提升，以N 系列为例，从最初只能生产N40以下的中低档产品，发展到可生产N45～N52 的高牌号产品。2016年，我国钕铁硼材料产量达11.28万t，约占全球总产量的85%。

(1)低端产能过剩，高端供不应求

2000 年初期，由于低端钕铁硼生产门槛低，大量中小企业纷纷投产，但由于产品同质化严重，技术含量低，主要靠人力成本和环保成本低等优势争夺市场份额。低端钕铁硼的企业毛利率不足 10%，有的甚至在成本线徘徊。相反，高端钕铁硼生产企业技术含量高，资金规模大，行业进入门槛较高，企业生产毛利率比较高。近十多年，随着全球低碳经济、节能环保型社会的建设，新能源汽车、节能家电、风力发电、国防军工等新兴行业开始逐渐崛起，钕铁硼的需求不断出现新的增长点，全球钕铁硼产量迅猛增长，据相关资料统计全球钕铁硼总产量从2000年1.36万t到2010 年9.6万t再到2016年的13万t，年增长率超过30%，其中，高性能钕铁硼产量由2010年2.6 万t 增长到2016年4.5 万t，增长73%；我国产量由2010 年8万t增长到2016 年11.6 万t增长45%，在全球钕铁硼总产量中占比由83%到达89%而高性能钕铁硼由2010年1万t到2016年2.5万t，具体见表2所列。但从我国产量占总产量的数据中看出相比总产量高达83%以上，高性能产量仅占全球的55.6%，差距还很大，这充分说明高性能钕铁硼产业壁垒较高，研发周期慢，未来几年，高性能钕铁硼将出现供不应求的情形。

(2)市场消费结构与发达国家仍存在较大差距，高端领域应用滞后

由于受生产设备、工艺控制水平和自动化程度等的限制，我国钕铁硼磁体长期以中低档产品为主。以N系列产品为例，目前我国大多数企业生产的烧结钕铁硼磁体的磁能积在N35～N45，只有少数大公司可以稳定生产N52 以上和超高矫顽力产品。从钕铁硼下游市场应用结构看，国内钕铁硼的应用目前仍以中低端产品为主，75%左右钕铁硼产品应用在音像器材、磁选设备及小型电机等领域，而新能源汽车、节能家电、风力发电、节能电梯等新型应用领域仅占25%左右,这与发达国家存在较大差距。

(3) 行业集中度不高，整体生产工艺和装备水平有待提高

截至2017 年底，我国烧结钕铁硼永磁生产企业约有100余家，企业规模普遍较小，大部分年产量在500 t以下。大部分中小企业主要以生产中低档和低附加值产品为主，技术水平和自主创新能力相对较弱，整体竞争力不强。大多数产品仅被应用于性能要求不高的领域，多数企业仍依赖于成本控制和价格竞争，处于产业链的低端，拥有自主品牌并形成一定规模的钕铁硼永磁企业占比较低。

(4)行业发展区域化特征明显，传统优势区域初步形成“产业集群”

经过20 多年的发展和积累，我国钕铁硼永磁生产企业已呈现出较为明显的地域集中趋势，逐步形成了京津、浙江宁波、山西太原等 3 大主要生产基地为主。山东、内蒙、安徽、江西等地钕铁硼永磁产业也逐渐发展壮大。从地区分布来看，截至2015年底，我国钕铁硼永磁主要以华东地区为集中生产基地，约占我国钕铁硼总产能的61.62%，位居第二位的生产区域是华北地区，约占26.11%。行业内主要生产企业分布在我国经济较为活跃和稀土资源较为丰富地区，包括京津的中科三环、安泰科技、京磁材料等，浙江的宁波韵升和英洛华，山东的正海磁材，安徽的大地熊及江西的金力永磁等。目前，福建、安徽庐江也已发展成为较大磁性材料产业基地，由于地处我国东部沿海、沿海与内陆的交界位置，交通便利，具有明显的地区优势，近年来形成了较具优势的产业格局和配套能力。正在形成从原辅材料的生产供给到工艺装备、模具、热处理及检测设备的开发与制造，再到仓储物流及工业废渣的综合利用等比较完整的产业链。

(5)行业出口不断增长，海外市场前景广阔

近年来，我国在烧结钕铁硼的研究和制备工艺上取得了较为明显的突破和进展，其中速凝薄片、氢破碎和气流磨等技术手段的应用不仅降低了磁体的总稀土含量，同时较大程度地提高了磁体的性能；双（多）合金方法的运用，既可以方便磁体性能设计又能优化晶粒边界；控氧技术的广泛采用既能使磁体获得高磁性能（尤其是高矫顽力），同时也可以满足生产过程中的高稳定性与批量生产需求。

凭借较高的性价比和产品质量，近几年来我国钕铁硼产品出口数量及金额总体保持稳步增长态势，2008～2016 年产品出口数量从1 076.42 t上涨到2689.94t，出口金额也从4.8亿美元上升至13.28亿美元（见表3）。2009 年受全球金融危机影响，总体出口规模有所回落，产品出口量和出口额都有所下滑。2010年我国稀土永磁产品出口情况有所好转，出口量、出口额与2009 年相比分别增长了61.79%、71.08%。目前，我国钕铁硼永磁体主要出口至美国、德国、韩国、泰国、意大利、丹麦、荷兰等地。相对于出口而言，我国稀土永磁产品的进口额则远低于出口额，但是部分高端产品仍依赖进口。

产业政策重点鼓励高端钕铁硼永磁产业发展

国家工信部发布《稀土行业发展规划(2016-2020年)》，指出目前我国企业在稀土高端材料中国际市场份额约为 25%，争取到 2020年，高端功能材料市场占有率指标达到50%以上。在稀土永磁传统应用领域，受益于经济全球化带来的通讯、信息产业市场的蓬勃发展，稀土永磁材料的需求量大幅提升。与此同时，在“节能环保、低碳经济”的大背景下，各国相继出台相关政策，鼓励发展新能源汽车、风力发电、节能电机及变频家电等新兴行业，从而为稀土功能材料（主要是磁性材料）提供了更大的发展空间。

支持创新体系和能力建设，培育行业发展新动能。瞄准《中国制造2025》、战略性新兴产业等国家战略需求，完善创新体系，建设稀土创新中心和服务平台，加强知识产权和标准体系建设，打破海外知识产权壁垒，支持稀土功能材料机理研究和基因库建设，引领未来稀土功能新材料及绿色制备关键技术。

政府有关部门汇同行业协会、重点企业等多渠道，提出未来5年重点发展方向和项目。通过利用多种资金渠道，对产业化基础好、市场前景广阔、可规模化发展的项目进行支持。重点发展稀土高端功能材料及器件，着力拓展稀土功能材料的中高端应用，加快稀土产业转型升级，提高行业发展质量和效益，发挥好稀土在改造传统产业、发展新兴产业及国防科技工业中的战略价值和支撑作用。通过中央财政科技计划等渠道统筹支持稀土科技研发、应用产业发展、资源地转型升级；建立“政产学研融”支撑推动体系，健全稀土全产业链监管系统;鼓励推动企业“走出去”，开展国外稀土资源开发与材料深加工项目合作。

今后行业发展趋势

1. 高性能钕铁硼生产、应用将是行业今后发展的重点

近年来，在节能环保、新能源汽车、信息技术和高端装备等战略性新兴产业发展的推动下，一些国内企业不断引入国外钕铁硼永磁先进生产技术、设备和管理经验，投入资金开展自主研发，推动了我国钕铁硼制造技术的快速提高。预计2016～2018 年，全球高性能钕铁硼永磁需求年均复合增长率将达到19%，其中，新能源汽车驱动电机、汽车微电机（包括EPS）、变频空调、机器人和节能电梯等领域将成为重要的增长驱动力。高性能钕铁硼占比将逐步提高。根据中国稀土工业协会数据，预计2018年和2019 年钕铁硼产量分别约为13.8万t和14.5 万t，年均增长率约为4.3%。其中高性能钕铁硼占比将从2016年的38%升至 2019年的49%。未来高性能钕铁硼主要应用领域为：新能源汽车9%、汽车（ex 驱动电机）45%、消费电子23%、风电8%、变频家电10%、其他5%，如图1所示。

2.推动集约化和高端化发展

实现资源综合利用的集约化研究、生产，提高资源综合利用率。促进稀土材料高值利用，提升关键材料、设备和零部件保障能力，加大培植钕铁硼材料在工业智能制造、高档数控机床、轨道交通、航空航天、海洋工程等重点领域的应用。开展军民两用稀土新材料的研制和生产，推动稀土新材料领域军民资源共享，加大成果转化率注重与下游应用企业联合开发，充分作好产业链，通过“滚雪球”式集聚效应，形成特色鲜明具有世界竞争力的产业集群。

3. 建立产品创新、工艺技术创新的领先战略

通过建立研发产业园，注重研发及产业转化带动产业发展。以高性能永磁材料研发中心为核心联合行业大型企业与优秀研究院所、高校打造新的产学研联合发展体系，推动稀土元素功能开发、机理研究和稀土功能材料整体创新，加强稀土短线新产品的开发。建立新的价值链，扩大稀土在节能、环保和家电等下游领域应用，实现上下游利益共享、协同发展，要高度重视知识产权布局，化解海外专利对我国产业的制约。

4.优化产业结构发展，构建循环经济

加快绿色、智能化转型，建设数字化智能工厂，提高企业资源利用，降低能耗物耗；加强伴生资源综合利用；拓展镧、铈、钇等元素在工业节能、环保等领域的应用，发展铽、镝减量和镨、钕替代技术，开发低成本稀土永磁材料。随着下游客户对钕铁硼的性能要求不断提高，具有品牌、技术、优良售后服务的优秀企业将会逐步占领更多的市场份额，行业集中度将会不断提高，兼并整合将是行业未来发展的趋势。