釹鐵硼永磁材料發(fā)展探究

文/王方

磁性材料按功能可分為硬磁材料、軟磁材料、磁致伸縮材料和磁制冷材料等類別，其中硬磁材料又稱為永磁材料，是磁性材料中應(yīng)用最廣泛的材料之一。現(xiàn)代磁性材料已與工業(yè)信息化、自動(dòng)化、機(jī)電一體化、國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展緊密聯(lián)系，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、家電、汽車、通訊、醫(yī)療、能源、航天等領(lǐng)域。

釹鐵硼永磁材料是20世紀(jì)80年代研制并成功運(yùn)用生產(chǎn)的第三代稀土永磁材料。根據(jù)生產(chǎn)工藝不同，可分為燒結(jié)、粘結(jié)和熱壓3種。燒結(jié)釹鐵硼永磁材料是應(yīng)用粉末冶金工藝，將預(yù)燒料制成微粉，壓制成型制成坯料，再進(jìn)行燒結(jié)而制成，具有高磁能積、高矯頑力和高工作溫度等特性，主要應(yīng)用于大中型電動(dòng)機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等領(lǐng)域。粘結(jié)釹鐵硼永磁材料是把釹鐵硼磁粉與高分子材料及各種添加劑均勻混合，再用模壓或注塑等成型方法制造的磁體。粘結(jié)釹鐵硼性能不如燒結(jié)釹鐵硼，但其具備工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、體積小、精度高、磁場(chǎng)均勻穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，主要應(yīng)用于信息技術(shù)、辦公自動(dòng)化、消費(fèi)類電子等領(lǐng)域。熱壓釹鐵硼永磁材料是通過熱擠壓、熱變形工藝制成的磁性能較高的磁體，具有致密度高、取向度高、耐蝕性好、矯頑力高和近終成型等優(yōu)點(diǎn)。目前僅有少數(shù)公司掌握了生產(chǎn)工藝，專利壁壘和制作成本高，總產(chǎn)量比較小。燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)釹鐵硼和熱壓釹鐵硼在性能和應(yīng)用上各具特色，在下游應(yīng)用領(lǐng)域重疊范圍比較少，相互之間更多起到功能互補(bǔ)而非替代或擠占的作用。燒結(jié)釹鐵硼是目前產(chǎn)量最高、應(yīng)用最廣泛的稀土永磁材料，目前我國(guó)釹鐵硼永磁材料制造商主要生產(chǎn)燒結(jié)釹鐵硼。

燒結(jié)釹鐵硼永磁材料分類

根據(jù)（GB/T13560-2009）將燒結(jié)釹鐵硼永磁材料按內(nèi)稟矯頑力的高低劃分為低矯頑力（N）、中等矯頑力（M）、高矯頑力（H）、特高矯頑力（SH）、超高矯頑力（UH）、極高矯頑力（EH）、至高矯頑力（TH）7大類，具體見表1所列。釹鐵硼永磁材料的不足之處是其溫度性能不佳，在高溫下使用磁損失較大，最高工作溫度較低，一般為80 ℃左右。只有經(jīng)過特殊處理的高牌號(hào)產(chǎn)品，其最高工作溫度可達(dá)200 ℃～230 ℃。

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釹鐵硼永磁行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

1.國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

日本是除中國(guó)之外最大的釹鐵硼永磁生產(chǎn)國(guó),如日本日立金屬、信越化工、TDK，其次是歐洲及德國(guó)VAC等企業(yè)占據(jù)了全球高性能釹鐵硼48%的市場(chǎng)份額，其中日立金屬作為燒結(jié)釹鐵硼永磁材料的行業(yè)先驅(qū)，是全球最大的高性能釹鐵硼生產(chǎn)廠商。德國(guó)VAC公司也主要致力于高性能釹鐵硼產(chǎn)品的生產(chǎn)，約占全球市場(chǎng)份額2%。由于我國(guó)稀土儲(chǔ)量居世界第一，加之國(guó)家大力倡導(dǎo)新能源、綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，迅速帶動(dòng)下游應(yīng)用領(lǐng)域的快速發(fā)展，境外廠商也逐漸將產(chǎn)業(yè)向中國(guó)轉(zhuǎn)移，紛紛在內(nèi)地建立合資企業(yè)。

磁能積在50 MGOe 以上的高端釹鐵硼主要消費(fèi)市場(chǎng)在日本、歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)，應(yīng)用領(lǐng)域包括計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)器電機(jī)、汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）、混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）、核磁共振成像儀（MRI）、風(fēng)力發(fā)電和高性能微特電機(jī)等。

2.我國(guó)行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

進(jìn)入21世紀(jì)，伴隨電子信息、數(shù)字通訊、新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能家電、儀器儀表、醫(yī)療器械、國(guó)防工業(yè)等行業(yè)都呈現(xiàn)不同程度的快速增長(zhǎng)，繼而帶動(dòng)了釹鐵硼需求量的不斷增長(zhǎng)。目前中國(guó)已發(fā)展成為全球釹鐵硼永磁材料的生產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)。從產(chǎn)品品種性能和質(zhì)量上看，我國(guó)釹鐵硼永磁產(chǎn)品檔次和質(zhì)量得到了顯著提升，以N 系列為例，從最初只能生產(chǎn)N40以下的中低檔產(chǎn)品，發(fā)展到可生產(chǎn)N45～N52 的高牌號(hào)產(chǎn)品。2016年，我國(guó)釹鐵硼材料產(chǎn)量達(dá)11.28萬t，約占全球總產(chǎn)量的85%。

(1)低端產(chǎn)能過剩，高端供不應(yīng)求

2000 年初期，由于低端釹鐵硼生產(chǎn)門檻低，大量中小企業(yè)紛紛投產(chǎn)，但由于產(chǎn)品同質(zhì)化嚴(yán)重，技術(shù)含量低，主要靠人力成本和環(huán)保成本低等優(yōu)勢(shì)爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額。低端釹鐵硼的企業(yè)毛利率不足 10%，有的甚至在成本線徘徊。相反，高端釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)技術(shù)含量高，資金規(guī)模大，行業(yè)進(jìn)入門檻較高，企業(yè)生產(chǎn)毛利率比較高。近十多年，隨著全球低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能環(huán)保型社會(huì)的建設(shè)，新能源汽車、節(jié)能家電、風(fēng)力發(fā)電、國(guó)防軍工等新興行業(yè)開始逐漸崛起，釹鐵硼的需求不斷出現(xiàn)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，全球釹鐵硼產(chǎn)量迅猛增長(zhǎng)，據(jù)相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)全球釹鐵硼總產(chǎn)量從2000年1.36萬t到2010 年9.6萬t再到2016年的13萬t，年增長(zhǎng)率超過30%，其中，高性能釹鐵硼產(chǎn)量由2010年2.6 萬t 增長(zhǎng)到2016年4.5 萬t，增長(zhǎng)73%；我國(guó)產(chǎn)量由2010 年8萬t增長(zhǎng)到2016 年11.6 萬t增長(zhǎng)45%，在全球釹鐵硼總產(chǎn)量中占比由83%到達(dá)89%而高性能釹鐵硼由2010年1萬t到2016年2.5萬t，具體見表2所列。但從我國(guó)產(chǎn)量占總產(chǎn)量的數(shù)據(jù)中看出相比總產(chǎn)量高達(dá)83%以上，高性能產(chǎn)量?jī)H占全球的55.6%，差距還很大，這充分說明高性能釹鐵硼產(chǎn)業(yè)壁壘較高，研發(fā)周期慢，未來幾年，高性能釹鐵硼將出現(xiàn)供不應(yīng)求的情形。

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(2)市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在較大差距，高端領(lǐng)域應(yīng)用滯后

由于受生產(chǎn)設(shè)備、工藝控制水平和自動(dòng)化程度等的限制，我國(guó)釹鐵硼磁體長(zhǎng)期以中低檔產(chǎn)品為主。以N系列產(chǎn)品為例，目前我國(guó)大多數(shù)企業(yè)生產(chǎn)的燒結(jié)釹鐵硼磁體的磁能積在N35～N45，只有少數(shù)大公司可以穩(wěn)定生產(chǎn)N52 以上和超高矯頑力產(chǎn)品。從釹鐵硼下游市場(chǎng)應(yīng)用結(jié)構(gòu)看，國(guó)內(nèi)釹鐵硼的應(yīng)用目前仍以中低端產(chǎn)品為主，75%左右釹鐵硼產(chǎn)品應(yīng)用在音像器材、磁選設(shè)備及小型電機(jī)等領(lǐng)域，而新能源汽車、節(jié)能家電、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能電梯等新型應(yīng)用領(lǐng)域僅占25%左右,這與發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距。

(3) 行業(yè)集中度不高，整體生產(chǎn)工藝和裝備水平有待提高

截至2017 年底，我國(guó)燒結(jié)釹鐵硼永磁生產(chǎn)企業(yè)約有100余家，企業(yè)規(guī)模普遍較小，大部分年產(chǎn)量在500 t以下。大部分中小企業(yè)主要以生產(chǎn)中低檔和低附加值產(chǎn)品為主，技術(shù)水平和自主創(chuàng)新能力相對(duì)較弱，整體競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)。大多數(shù)產(chǎn)品僅被應(yīng)用于性能要求不高的領(lǐng)域，多數(shù)企業(yè)仍依賴于成本控制和價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)，處于產(chǎn)業(yè)鏈的低端，擁有自主品牌并形成一定規(guī)模的釹鐵硼永磁企業(yè)占比較低。

(4)行業(yè)發(fā)展區(qū)域化特征明顯，傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)區(qū)域初步形成“產(chǎn)業(yè)集群”

經(jīng)過20 多年的發(fā)展和積累，我國(guó)釹鐵硼永磁生產(chǎn)企業(yè)已呈現(xiàn)出較為明顯的地域集中趨勢(shì)，逐步形成了京津、浙江寧波、山西太原等 3 大主要生產(chǎn)基地為主。山東、內(nèi)蒙、安徽、江西等地釹鐵硼永磁產(chǎn)業(yè)也逐漸發(fā)展壯大。從地區(qū)分布來看，截至2015年底，我國(guó)釹鐵硼永磁主要以華東地區(qū)為集中生產(chǎn)基地，約占我國(guó)釹鐵硼總產(chǎn)能的61.62%，位居第二位的生產(chǎn)區(qū)域是華北地區(qū)，約占26.11%。行業(yè)內(nèi)主要生產(chǎn)企業(yè)分布在我國(guó)經(jīng)濟(jì)較為活躍和稀土資源較為豐富地區(qū)，包括京津的中科三環(huán)、安泰科技、京磁材料等，浙江的寧波韻升和英洛華，山東的正海磁材，安徽的大地熊及江西的金力永磁等。目前，福建、安徽廬江也已發(fā)展成為較大磁性材料產(chǎn)業(yè)基地，由于地處我國(guó)東部沿海、沿海與內(nèi)陸的交界位置，交通便利，具有明顯的地區(qū)優(yōu)勢(shì)，近年來形成了較具優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)業(yè)格局和配套能力。正在形成從原輔材料的生產(chǎn)供給到工藝裝備、模具、熱處理及檢測(cè)設(shè)備的開發(fā)與制造，再到倉(cāng)儲(chǔ)物流及工業(yè)廢渣的綜合利用等比較完整的產(chǎn)業(yè)鏈。

(5)行業(yè)出口不斷增長(zhǎng)，海外市場(chǎng)前景廣闊

近年來，我國(guó)在燒結(jié)釹鐵硼的研究和制備工藝上取得了較為明顯的突破和進(jìn)展，其中速凝薄片、氫破碎和氣流磨等技術(shù)手段的應(yīng)用不僅降低了磁體的總稀土含量，同時(shí)較大程度地提高了磁體的性能；雙（多）合金方法的運(yùn)用，既可以方便磁體性能設(shè)計(jì)又能優(yōu)化晶粒邊界；控氧技術(shù)的廣泛采用既能使磁體獲得高磁性能（尤其是高矯頑力），同時(shí)也可以滿足生產(chǎn)過程中的高穩(wěn)定性與批量生產(chǎn)需求。

憑借較高的性價(jià)比和產(chǎn)品質(zhì)量，近幾年來我國(guó)釹鐵硼產(chǎn)品出口數(shù)量及金額總體保持穩(wěn)步增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，2008～2016 年產(chǎn)品出口數(shù)量從1 076.42 t上漲到2689.94t，出口金額也從4.8億美元上升至13.28億美元（見表3）。2009 年受全球金融危機(jī)影響，總體出口規(guī)模有所回落，產(chǎn)品出口量和出口額都有所下滑。2010年我國(guó)稀土永磁產(chǎn)品出口情況有所好轉(zhuǎn)，出口量、出口額與2009 年相比分別增長(zhǎng)了61.79%、71.08%。目前，我國(guó)釹鐵硼永磁體主要出口至美國(guó)、德國(guó)、韓國(guó)、泰國(guó)、意大利、丹麥、荷蘭等地。相對(duì)于出口而言，我國(guó)稀土永磁產(chǎn)品的進(jìn)口額則遠(yuǎn)低于出口額，但是部分高端產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口。

產(chǎn)業(yè)政策重點(diǎn)鼓勵(lì)高端釹鐵硼永磁產(chǎn)業(yè)發(fā)展

國(guó)家工信部發(fā)布《稀土行業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2016-2020年)》，指出目前我國(guó)企業(yè)在稀土高端材料中國(guó)際市場(chǎng)份額約為 25%，爭(zhēng)取到 2020年，高端功能材料市場(chǎng)占有率指標(biāo)達(dá)到50%以上。在稀土永磁傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域，受益于經(jīng)濟(jì)全球化帶來的通訊、信息產(chǎn)業(yè)市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展，稀土永磁材料的需求量大幅提升。與此同時(shí)，在“節(jié)能環(huán)保、低碳經(jīng)濟(jì)”的大背景下，各國(guó)相繼出臺(tái)相關(guān)政策，鼓勵(lì)發(fā)展新能源汽車、風(fēng)力發(fā)電、節(jié)能電機(jī)及變頻家電等新興行業(yè)，從而為稀土功能材料（主要是磁性材料）提供了更大的發(fā)展空間。

支持創(chuàng)新體系和能力建設(shè)，培育行業(yè)發(fā)展新動(dòng)能。瞄準(zhǔn)《中國(guó)制造2025》、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)等國(guó)家戰(zhàn)略需求，完善創(chuàng)新體系，建設(shè)稀土創(chuàng)新中心和服務(wù)平臺(tái)，加強(qiáng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)和標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)，打破海外知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘，支持稀土功能材料機(jī)理研究和基因庫(kù)建設(shè)，引領(lǐng)未來稀土功能新材料及綠色制備關(guān)鍵技術(shù)。

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政府有關(guān)部門匯同行業(yè)協(xié)會(huì)、重點(diǎn)企業(yè)等多渠道，提出未來5年重點(diǎn)發(fā)展方向和項(xiàng)目。通過利用多種資金渠道，對(duì)產(chǎn)業(yè)化基礎(chǔ)好、市場(chǎng)前景廣闊、可規(guī)模化發(fā)展的項(xiàng)目進(jìn)行支持。重點(diǎn)發(fā)展稀土高端功能材料及器件，著力拓展稀土功能材料的中高端應(yīng)用，加快稀土產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，提高行業(yè)發(fā)展質(zhì)量和效益，發(fā)揮好稀土在改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、發(fā)展新興產(chǎn)業(yè)及國(guó)防科技工業(yè)中的戰(zhàn)略價(jià)值和支撐作用。通過中央財(cái)政科技計(jì)劃等渠道統(tǒng)籌支持稀土科技研發(fā)、應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展、資源地轉(zhuǎn)型升級(jí)；建立“政產(chǎn)學(xué)研融”支撐推動(dòng)體系，健全稀土全產(chǎn)業(yè)鏈監(jiān)管系統(tǒng);鼓勵(lì)推動(dòng)企業(yè)“走出去”，開展國(guó)外稀土資源開發(fā)與材料深加工項(xiàng)目合作。

今后行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)

1. 高性能釹鐵硼生產(chǎn)、應(yīng)用將是行業(yè)今后發(fā)展的重點(diǎn)

近年來，在節(jié)能環(huán)保、新能源汽車、信息技術(shù)和高端裝備等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的推動(dòng)下，一些國(guó)內(nèi)企業(yè)不斷引入國(guó)外釹鐵硼永磁先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)、設(shè)備和管理經(jīng)驗(yàn)，投入資金開展自主研發(fā)，推動(dòng)了我國(guó)釹鐵硼制造技術(shù)的快速提高。預(yù)計(jì)2016～2018 年，全球高性能釹鐵硼永磁需求年均復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)到19%，其中，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)、汽車微電機(jī)（包括EPS）、變頻空調(diào)、機(jī)器人和節(jié)能電梯等領(lǐng)域?qū)⒊蔀橹匾脑鲩L(zhǎng)驅(qū)動(dòng)力。高性能釹鐵硼占比將逐步提高。根據(jù)中國(guó)稀土工業(yè)協(xié)會(huì)數(shù)據(jù)，預(yù)計(jì)2018年和2019 年釹鐵硼產(chǎn)量分別約為13.8萬t和14.5 萬t，年均增長(zhǎng)率約為4.3%。其中高性能釹鐵硼占比將從2016年的38%升至 2019年的49%。未來高性能釹鐵硼主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋盒履茉雌?%、汽車（ex 驅(qū)動(dòng)電機(jī)）45%、消費(fèi)電子23%、風(fēng)電8%、變頻家電10%、其他5%，如圖1所示。

2.推動(dòng)集約化和高端化發(fā)展

實(shí)現(xiàn)資源綜合利用的集約化研究、生產(chǎn)，提高資源綜合利用率。促進(jìn)稀土材料高值利用，提升關(guān)鍵材料、設(shè)備和零部件保障能力，加大培植釹鐵硼材料在工業(yè)智能制造、高檔數(shù)控機(jī)床、軌道交通、航空航天、海洋工程等重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用。開展軍民兩用稀土新材料的研制和生產(chǎn)，推動(dòng)稀土新材料領(lǐng)域軍民資源共享，加大成果轉(zhuǎn)化率注重與下游應(yīng)用企業(yè)聯(lián)合開發(fā)，充分作好產(chǎn)業(yè)鏈，通過“滾雪球”式集聚效應(yīng)，形成特色鮮明具有世界競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)業(yè)集群。

3. 建立產(chǎn)品創(chuàng)新、工藝技術(shù)創(chuàng)新的領(lǐng)先戰(zhàn)略

通過建立研發(fā)產(chǎn)業(yè)園，注重研發(fā)及產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化帶動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。以高性能永磁材料研發(fā)中心為核心聯(lián)合行業(yè)大型企業(yè)與優(yōu)秀研究院所、高校打造新的產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合發(fā)展體系，推動(dòng)稀土元素功能開發(fā)、機(jī)理研究和稀土功能材料整體創(chuàng)新，加強(qiáng)稀土短線新產(chǎn)品的開發(fā)。建立新的價(jià)值鏈，擴(kuò)大稀土在節(jié)能、環(huán)保和家電等下游領(lǐng)域應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)上下游利益共享、協(xié)同發(fā)展，要高度重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局，化解海外專利對(duì)我國(guó)產(chǎn)業(yè)的制約。

4.優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)展，構(gòu)建循環(huán)經(jīng)濟(jì)

加快綠色、智能化轉(zhuǎn)型，建設(shè)數(shù)字化智能工廠，提高企業(yè)資源利用，降低能耗物耗；加強(qiáng)伴生資源綜合利用；拓展鑭、鈰、釔等元素在工業(yè)節(jié)能、環(huán)保等領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)展鋱、鏑減量和鐠、釹替代技術(shù)，開發(fā)低成本稀土永磁材料。隨著下游客戶對(duì)釹鐵硼的性能要求不斷提高，具有品牌、技術(shù)、優(yōu)良售后服務(wù)的優(yōu)秀企業(yè)將會(huì)逐步占領(lǐng)更多的市場(chǎng)份額，行業(yè)集中度將會(huì)不斷提高，兼并整合將是行業(yè)未來發(fā)展的趨勢(shì)。

5. 推動(dòng)利用境外資源，加強(qiáng)國(guó)際合作

支持稀土企業(yè)走出去，合作開發(fā)境外資源及產(chǎn)品深加工；鼓勵(lì)企業(yè)與境外新材料企業(yè)和技術(shù)研發(fā)機(jī)構(gòu)合作，提升國(guó)際化運(yùn)營(yíng)能力；促進(jìn)中國(guó)稀土標(biāo)準(zhǔn)走出去，實(shí)現(xiàn)稀土國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)接，進(jìn)而提升我國(guó)稀土行業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力。