基于专利分析的铁基非晶合金带材产业发展研究——以菏泽市为例

于连生

（菏泽市科学技术信息研究所，山东 菏泽 274000）

铁基非晶合金带材是由Fe、Si 和B 类金属元素所构成的带状非晶合金材料，具有高饱和磁感应强度的特点，磁导率、激磁电流和铁损等方面均优于硅钢片。铁基非晶/纳米晶合金材料已被大量应用于配电变压器、互感器、电抗器等器件，应用领域涉及电力电源、开关电源、仪器仪表、车载电子、工矿/石油、太阳能等领域[1-2]。

1 国内外产业发展现状

1.1 国外铁基非晶合金产业现状

霍尼维尔公司曾是世界上最大的非晶材料制造商，是非晶材料制造技术平板流技术专利拥有者。2003年，日立金属收购了霍尼维尔公司的非晶事业部，成为世界上最大的非晶带材生产商[3]。日立金属铁基非晶/纳米晶材料主导产品包括非晶软磁合金材料Metglas和纳米结晶软磁合金材料FINEMET。Metglas 用作制造柱上变压器等配电用变压器使用的铁芯，太阳能发电、风力发电等可再生能源用功率调节器的电抗器用有缝隙铁芯。FINEMET 则是运用纳米技术实现的微细结晶构成的新型铁基软磁材料，具有高饱和磁通密度和高导磁率，温度特性和经时稳定性优异。

1.2 国内铁基非晶合金产业现状

中国铁基非晶合金研发与应用研究始于1976 年，其中安泰科技股份有限公司率先开展相关产品研究，突破了非晶带材在线自动卷取等技术，形成了带材连续生产的多个核心技术，先后建成了百吨级铁基非晶带材生产线、千吨级铁基非晶带材生产线、万吨级铁基非晶带材生产线，稳定生产带材宽度已可达340 mm。

自2015年以来，中国非晶合金带材产量显著增加，目前中国已成为国际铁基软磁非晶/纳米晶合金带材生产和相关产品制造大国。中国主要的非晶合金带材企业有安泰科技股份有限公司、青岛云路新能源科技有限公司、中研非晶科技股份有限公司、中岳非晶新型材料股份有限公司、郎峰新材料股份有限公司等。

近年来，国内非晶带材技术进步很快，质量进步明显，在满足配电变压器节能需求方面进步尤为突出，全国多地也都提出建立非晶产业园，但因为国内产品相对单一、市场前景不够明朗，鲜有地区对非晶合金产业园区进行推进。部分非晶宽带企业受资金压力、市场环境等影响，已进入重组或者兼并阶段。

2 全球专利分析

2.1 申请量趋势

通过IPteck 数据库对全球专利进行了检索。1977年以来非晶/纳米晶带材全球专利数量年度（基于专利申请年）变化趋势如图1 所示，从图1 中可以看出，非晶/纳米晶带材领域相关技术发展大致分为1977—2010 年和2010 年以来2 个阶段：第一个阶段专利年申请量较少，属于相关专利技术的萌芽阶段，年均申请量在个位数，专利内容侧重于基础研究；第二个阶段技术专利申请量迅速增加，结合相关文献报道表面非晶/纳米晶带材产业化研究和产业化生产、应用不断深入，非晶/纳米晶带材产业进入蓬勃发展期。

图1 全球非晶/纳米晶带材相关专利申请量趋势

2.2 区域分布

全球非晶/纳米晶带材相关专利申请国专利数量及占有率情况如图2、图3 所示。通过对非晶/纳米晶带材专利公开地域分布的分析，可以看出中国处于专利公开量的首位，其数量大幅领先于其他各个国家/地区，占据了63%的份额；日本、美国分列第二、第三。

图2 全球非晶/纳米晶带材相关专利申请国专利数量

图3 全球非晶/纳米晶带材相关专利申请国占有率

2.3 申请人分析

全球非晶/纳米晶带材相关专利主要申请人如表1所示。全球前10 大申请人中国企业占9 家，其中青岛云路新能源科技有限公司以50 件专利占据首位，国外企业只有日本日立金属1 家。说明了中国对非晶/纳米晶带材产业的重视，投入了大量资金和技术人员开展相关研究和产业化生产。

表1 全球非晶/纳米晶带材相关专利主要申请人

2.4 IPC 分析

IPC 分类说明如表2 所示，非晶/纳米晶带材相关专利IPC 分类分析如图4 所示。从图4 IPC 专利分类可以看出，非晶/纳米晶带材相关专利主要分布在B22D 11/06、H01F 41/02、H01F 1/153、C22C 45/02 和H01F 27/25 等领域。全球非晶/纳米晶带材相关专利技术集中在非晶/纳米晶带材生产制造相关技术领域，包括成分配方、加工工艺、生产设备等。非晶/纳米晶带材的应用研究集中在制造磁芯及变压器领域。

表2 IPC 分类说明

表2（续）

图4 非晶/纳米晶带材相关专利IPC 分类分析

3 中国专利分析

3.1 申请量趋势

非晶/纳米晶带材中国专利申请量趋势如图5 所示。中国专利申请量趋势基本和全球专利趋势一致，自2010 年以来，专利申请量快速上升，这与中国相关企业纷纷上马非晶/纳米晶带材项目，开展相关产品生产技术研发、工艺设备研制改造、产品应用研究等息息相关。

图5 非晶/纳米晶带材中国专利申请量趋势

3.2 主要申请人

非晶/纳米晶带材中国专利前10 位申请人如表3所示。申请人以非晶/纳米晶带材生产企业为主，相关专利主要产自非晶/纳米晶带材产业化过程。青岛云路新能源及其关联公司云路先进材料在其活动年期4 年的情况下，以68 项专利占据第一，表明了青岛云路密集的投入了大量资金、人才开展了非晶/纳米晶带材相关研究，取得了丰硕成果。国外相关企业在中国专利申请量不多。

表3 非晶/纳米晶带材中国专利主要申请人

4 菏泽市铁基非晶合金带材产业现状及展望

菏泽市非晶合金带材产业起步较晚，主要研发生产非晶/纳米晶合金带材及相关产品的企业有山东华晶新材料股份有限公司和朗峰新材料（菏泽）有限公司2家，应用非晶合金带材制造非晶合金变压器的企业有山东达驰电气有限公司和山东华驰变压器股份有限公司2 家。

4.1 菏泽市相关企业

山东华晶新材料股份有限公司主要从事软磁材料及相关制品、新型功能材料、高性能结构材料、电磁新材料、非晶带材、输变电及相关配套设施的生产和销售。现有4 条具有国内先进水平的非晶合金铁基带材自动生产线，主导产品有142 mm、170 mm 宽的铁基非晶合金带材。在制造过程中采用了先进的快速凝固技术，节约能耗80%左右，而且制作过程中无污染排放，实现了绿色制造，其非晶合金产品具有高饱和磁感应强度（1.54 T）、高导磁性和低损耗的特点。以非晶合金为原料制成的变压器铁芯，其空载损耗与采用硅钢片的传统变压器相比减少了75%左右，使非晶合金变压器具有十分显著的节能和环保效果，当非晶合金变压器铁芯用于油浸变压器时，可明显减排多种有害气体。

朗峰新材料（菏泽）有限公司位于菏泽市高新技术产业开发区，是朗峰新材料科技股份有限公司全资子公司，主要从事非晶/纳米晶带材和以非晶/纳米晶带材为原材料的切割磁芯、磁珠、手机屏蔽片、手机无线充电器等产品的研发生产，其使用的“低损耗非晶、纳米晶软磁材料超薄带材制备”专利技术达到了国际先进水平。

山东达驰电气有限公司和山东华驰变压器股份有限公司主要是采用非晶合金带材研发生产非晶合金变压器。达驰公司主导产品有750 kⅤ级150 万kⅤA 及以下各种规格型号油浸电力变压器、S11-S13 型节能变压器、SH15 型非晶铁心变压器、35 kⅤ级2 万kⅤA 及以下干式电力变压器、箱式节能变电站、高压组合电器（GIS）和封闭母线等，现已达60 多个系列1 000多种型号，年生产能力8 000 万kⅤA。华驰公司主导产品有220 kⅤ级18 万kⅤA 及以下各种规格型号的油浸电力变压器、SH15 型非晶合金变压器、35 kⅤ级2 万kⅤA 及以下干式电力变压器、风力发电专用升压组合式变压器、美式箱变等各种节能变电设备，年生产能力1 500 万kⅤA。

4.2 菏泽市铁基非晶合金带材产业发展展望

菏泽市铁基非晶/纳米晶合金带材产业刚刚起步，产品质量和规模能力有待提高。企业应充分发挥好院士工作站、企业技术中心等科技创新平台作用，聚集行业内人才资源；重点开展非晶/纳米晶关键核心技术研究开发，形成核心专利技术；加快工艺技术提档升级，提升产业化技术水平和产品质量。如开发宽度300 mm 以上带材产品，以满足全容量配变需求；从非晶材料成分体系出发，开发高Bs 非晶带材，降低非晶变压器成本等。

深入步开展非晶/纳米晶带材产品应用研究，拓展产品应用领域。不断挖掘非晶/纳米晶合金带材优良性能应用领域和产品，开展新产品、新工艺、新技术的研究开发。