釹鐵硼永磁材料發展探究

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，是磁性材料中應用最廣泛的材料之一?，F代磁性材料已與工業信息化、自動化、機電一體化、國民經濟的發展緊密聯系，廣泛應用于計算機、家電、汽車、通訊、醫療、能源、航天等領域。

釹鐵硼永磁材料是20世紀80年代研制并成功運用生產的第三代稀土永磁材料。根據生產工藝不同，可分為燒結、粘結和熱壓3種。燒結釹鐵硼永磁材料是應用粉末冶金工藝，將預燒料制成微粉，壓制成型制成坯料，再進行燒結而制成，具有高磁能積、高矯頑力和高工作溫度等特性，主要應用于大中型電動機、風力發電機等領域。粘結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。粘結釹鐵硼性能不如燒結釹鐵硼，但其具備工藝簡單、造價低廉、體積小、精度高、磁場均勻穩定等優點，主要應用于信息技術、辦公自動化、消費類電子等領域。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點。目前僅有少數公司掌握了生產工藝，專利壁壘和制作成本高，總產量比較小。燒結釹鐵硼、粘結釹鐵硼和熱壓釹鐵硼在性能和應用上各具特色，在下游應用領域重疊范圍比較少，相互之間更多起到功能互補而非替代或擠占的作用。燒結釹鐵硼是目前產量最高、應用最廣泛的稀土永磁材料，目前我國釹鐵硼永磁材料制造商主要生產燒結釹鐵硼。

燒結釹鐵硼永磁材料分類

根據（GB/T13560-2009）將燒結釹鐵硼永磁材料按內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。只有經過特殊處理的高牌號產品，其最高工作溫度可達200 ℃～230 ℃。

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釹鐵硼永磁行業發展現狀

1.國外發展現狀

日本是除中國之外最大的釹鐵硼永磁生產國,如日本日立金屬、信越化工、TDK，其次是歐洲及德國VAC等企業占據了全球高性能釹鐵硼48%的市場份額，其中日立金屬作為燒結釹鐵硼永磁材料的行業先驅，是全球最大的高性能釹鐵硼生產廠商。德國VAC公司也主要致力于高性能釹鐵硼產品的生產，約占全球市場份額2%。由于我國稀土儲量居世界第一，加之國家大力倡導新能源、綠色環保產業的發展，迅速帶動下游應用領域的快速發展，境外廠商也逐漸將產業向中國轉移，紛紛在內地建立合資企業。

磁能積在50 MGOe 以上的高端釹鐵硼主要消費市場在日本、歐美等發達國家和地區，應用領域包括計算機驅動器電機、汽車電動助力轉向系統（EPS）、混合動力電動汽車（HEV）、核磁共振成像儀（MRI）、風力發電和高性能微特電機等。

2.我國行業發展現狀

進入21世紀，伴隨電子信息、數字通訊、新能源汽車、風力發電、節能家電、儀器儀表、醫療器械、國防工業等行業都呈現不同程度的快速增長，繼而帶動了釹鐵硼需求量的不斷增長。目前中國已發展成為全球釹鐵硼永磁材料的生產和消費大國。從產品品種性能和質量上看，我國釹鐵硼永磁產品檔次和質量得到了顯著提升，以N 系列為例，從最初只能生產N40以下的中低檔產品，發展到可生產N45～N52 的高牌號產品。2016年，我國釹鐵硼材料產量達11.28萬t，約占全球總產量的85%。

(1)低端產能過剩，高端供不應求

2000 年初期，由于低端釹鐵硼生產門檻低，大量中小企業紛紛投產，但由于產品同質化嚴重，技術含量低，主要靠人力成本和環保成本低等優勢爭奪市場份額。低端釹鐵硼的企業毛利率不足 10%，有的甚至在成本線徘徊。相反，高端釹鐵硼生產企業技術含量高，資金規模大，行業進入門檻較高，企業生產毛利率比較高。近十多年，隨著全球低碳經濟、節能環保型社會的建設，新能源汽車、節能家電、風力發電、國防軍工等新興行業開始逐漸崛起，釹鐵硼的需求不斷出現新的增長點，全球釹鐵硼產量迅猛增長，據相關資料統計全球釹鐵硼總產量從2000年1.36萬t到2010 年9.6萬t再到2016年的13萬t，年增長率超過30%，其中，高性能釹鐵硼產量由2010年2.6 萬t 增長到2016年4.5 萬t，增長73%；我國產量由2010 年8萬t增長到2016 年11.6 萬t增長45%，在全球釹鐵硼總產量中占比由83%到達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。但從我國產量占總產量的數據中看出相比總產量高達83%以上，高性能產量僅占全球的55.6%，差距還很大，這充分說明高性能釹鐵硼產業壁壘較高，研發周期慢，未來幾年，高性能釹鐵硼將出現供不應求的情形。

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(2)市場消費結構與發達國家仍存在較大差距，高端領域應用滯后

由于受生產設備、工藝控制水平和自動化程度等的限制，我國釹鐵硼磁體長期以中低檔產品為主。以N系列產品為例，目前我國大多數企業生產的燒結釹鐵硼磁體的磁能積在N35～N45，只有少數大公司可以穩定生產N52 以上和超高矯頑力產品。從釹鐵硼下游市場應用結構看，國內釹鐵硼的應用目前仍以中低端產品為主，75%左右釹鐵硼產品應用在音像器材、磁選設備及小型電機等領域，而新能源汽車、節能家電、風力發電、節能電梯等新型應用領域僅占25%左右,這與發達國家存在較大差距。

(3) 行業集中度不高，整體生產工藝和裝備水平有待提高

截至2017 年底，我國燒結釹鐵硼永磁生產企業約有100余家，企業規模普遍較小，大部分年產量在500 t以下。大部分中小企業主要以生產中低檔和低附加值產品為主，技術水平和自主創新能力相對較弱，整體競爭力不強。大多數產品僅被應用于性能要求不高的領域，多數企業仍依賴于成本控制和價格競爭，處于產業鏈的低端，擁有自主品牌并形成一定規模的釹鐵硼永磁企業占比較低。

(4)行業發展區域化特征明顯，傳統優勢區域初步形成“產業集群”

經過20 多年的發展和積累，我國釹鐵硼永磁生產企業已呈現出較為明顯的地域集中趨勢，逐步形成了京津、浙江寧波、山西太原等 3 大主要生產基地為主。山東、內蒙、安徽、江西等地釹鐵硼永磁產業也逐漸發展壯大。從地區分布來看，截至2015年底，我國釹鐵硼永磁主要以華東地區為集中生產基地，約占我國釹鐵硼總產能的61.62%，位居第二位的生產區域是華北地區，約占26.11%。行業內主要生產企業分布在我國經濟較為活躍和稀土資源較為豐富地區，包括京津的中科三環、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、安徽廬江也已發展成為較大磁性材料產業基地，由于地處我國東部沿海、沿海與內陸的交界位置，交通便利，具有明顯的地區優勢，近年來形成了較具優勢的產業格局和配套能力。正在形成從原輔材料的生產供給到工藝裝備、模具、熱處理及檢測設備的開發與制造，再到倉儲物流及工業廢渣的綜合利用等比較完整的產業鏈。

(5)行業出口不斷增長，海外市場前景廣闊

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

憑借較高的性價比和產品質量，近幾年來我國釹鐵硼產品出口數量及金額總體保持穩步增長態勢，2008～2016 年產品出口數量從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 年受全球金融危機影響，總體出口規模有所回落，產品出口量和出口額都有所下滑。2010年我國稀土永磁產品出口情況有所好轉，出口量、出口額與2009 年相比分別增長了61.79%、71.08%。目前，我國釹鐵硼永磁體主要出口至美國、德國、韓國、泰國、意大利、丹麥、荷蘭等地。相對于出口而言，我國稀土永磁產品的進口額則遠低于出口額，但是部分高端產品仍依賴進口。

產業政策重點鼓勵高端釹鐵硼永磁產業發展

國家工信部發布《稀土行業發展規劃(2016-2020年)》，指出目前我國企業在稀土高端材料中國際市場份額約為 25%，爭取到 2020年，高端功能材料市場占有率指標達到50%以上。在稀土永磁傳統應用領域，受益于經濟全球化帶來的通訊、信息產業市場的蓬勃發展，稀土永磁材料的需求量大幅提升。與此同時，在“節能環保、低碳經濟”的大背景下，各國相繼出臺相關政策，鼓勵發展新能源汽車、風力發電、節能電機及變頻家電等新興行業，從而為稀土功能材料（主要是磁性材料）提供了更大的發展空間。

支持創新體系和能力建設，培育行業發展新動能。瞄準《中國制造2025》、戰略性新興產業等國家戰略需求，完善創新體系，建設稀土創新中心和服務平臺，加強知識產權和標準體系建設，打破海外知識產權壁壘，支持稀土功能材料機理研究和基因庫建設，引領未來稀土功能新材料及綠色制備關鍵技術。

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政府有關部門匯同行業協會、重點企業等多渠道，提出未來5年重點發展方向和項目。通過利用多種資金渠道，對產業化基礎好、市場前景廣闊、可規?；l展的項目進行支持。重點發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用，加快稀土產業轉型升級，提高行業發展質量和效益，發揮好稀土在改造傳統產業、發展新興產業及國防科技工業中的戰略價值和支撐作用。通過中央財政科技計劃等渠道統籌支持稀土科技研發、應用產業發展、資源地轉型升級；建立“政產學研融”支撐推動體系，健全稀土全產業鏈監管系統;鼓勵推動企業“走出去”，開展國外稀土資源開發與材料深加工項目合作。

今后行業發展趨勢

1. 高性能釹鐵硼生產、應用將是行業今后發展的重點

近年來，在節能環保、新能源汽車、信息技術和高端裝備等戰略性新興產業發展的推動下，一些國內企業不斷引入國外釹鐵硼永磁先進生產技術、設備和管理經驗，投入資金開展自主研發，推動了我國釹鐵硼制造技術的快速提高。預計2016～2018 年，全球高性能釹鐵硼永磁需求年均復合增長率將達到19%，其中，新能源汽車驅動電機、汽車微電機（包括EPS）、變頻空調、機器人和節能電梯等領域將成為重要的增長驅動力。高性能釹鐵硼占比將逐步提高。根據中國稀土工業協會數據，預計2018年和2019 年釹鐵硼產量分別約為13.8萬t和14.5 萬t，年均增長率約為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用領域為：新能源汽車9%、汽車（ex 驅動電機）45%、消費電子23%、風電8%、變頻家電10%、其他5%，如圖1所示。

2.推動集約化和高端化發展

實現資源綜合利用的集約化研究、生產，提高資源綜合利用率。促進稀土材料高值利用，提升關鍵材料、設備和零部件保障能力，加大培植釹鐵硼材料在工業智能制造、高檔數控機床、軌道交通、航空航天、海洋工程等重點領域的應用。開展軍民兩用稀土新材料的研制和生產，推動稀土新材料領域軍民資源共享，加大成果轉化率注重與下游應用企業聯合開發，充分作好產業鏈，通過“滾雪球”式集聚效應，形成特色鮮明具有世界競爭力的產業集群。

3. 建立產品創新、工藝技術創新的領先戰略

通過建立研發產業園，注重研發及產業轉化帶動產業發展。以高性能永磁材料研發中心為核心聯合行業大型企業與優秀研究院所、高校打造新的產學研聯合發展體系，推動稀土元素功能開發、機理研究和稀土功能材料整體創新，加強稀土短線新產品的開發。建立新的價值鏈，擴大稀土在節能、環保和家電等下游領域應用，實現上下游利益共享、協同發展，要高度重視知識產權布局，化解海外專利對我國產業的制約。

4.優化產業結構發展，構建循環經濟

加快綠色、智能化轉型，建設數字化智能工廠，提高企業資源利用，降低能耗物耗；加強伴生資源綜合利用；拓展鑭、鈰、釔等元素在工業節能、環保等領域的應用，發展鋱、鏑減量和鐠、釹替代技術，開發低成本稀土永磁材料。隨著下游客戶對釹鐵硼的性能要求不斷提高，具有品牌、技術、優良售后服務的優秀企業將會逐步占領更多的市場份額，行業集中度將會不斷提高，兼并整合將是行業未來發展的趨勢。

5. 推動利用境外資源，加強國際合作

支持稀土企業走出去，合作開發境外資源及產品深加工；鼓勵企業與境外新材料企業和技術研發機構合作，提升國際化運營能力；促進中國稀土標準走出去，實現稀土國內標準與國際標準對接，進而提升我國稀土行業的核心競爭力。