稀土永磁材料主要是指第一代和第二代的钐钴永磁材料以及第三代的钕铁硼永磁材料。与传统永磁材料相比,稀土永磁材料具有更加优异的综合性能,已经成为尖端科学技术领域不可或缺的基础材料。在军事、航空航天、新能源、交通、医疗、电子信息等众多领域,稀土永磁材料均有非常广泛的应用。目前研发人员还未开发出可以取代稀土永磁材料的新型技术,因此稀土永磁材料还具有很大的发展与应用潜力。
稀土永磁材料已经成为稀土应用领域发展最快、规模最大的产业。烧结钕铁硼磁体又是稀土永磁材料中应用最广,产能最高的材料。与烧结钕铁硼磁体相比,粘结钕铁硼磁体具有加工精度高、产品一致性好、形状复杂以及生产效率高等特点,可重点应用于微型精密永磁电机领域。但是,粘结钕铁硼磁体由于其磁性能较低,应用领域远小于烧结钕铁硼磁体,产业规模较小。粘结钕铁硼磁体的产量尚不及烧结钕铁硼磁体的10%。在全球范围内,热压(热变形)钕铁硼磁体的制备技术以及装备技术的研究已有数年,但产业化进程缓慢。
国际上美国、日本以及欧盟等科技强国高度重视新型稀土磁性材料的研究、开发与生产。从第三代稀土永磁材料钕铁硼磁体发现以来,科研人员便一直对更高性能的稀土永磁材料进行探索研究。在新型永磁材料的研发过程中,研究人员已经成功发现了一种具有应用潜力的化合物钐铁氮。但就整体而言,综合性能较钕铁硼磁体更好的新型材料体系仍有待开发。
国内外产业格局
近年来,受较高生产成本和较低磁材价格的双重国际环境影响,发达国家的磁材生产企业均进行了较大规模的产业调整。许多日本、欧洲以及美国的磁材生产企业纷纷向中国转移。全球稀土永磁材料的产业结构也发生了较大的变化。尽管美国、日本与欧盟等发达国家的稀土永磁材料产业发展基本止步,但受中国稀土永磁材料产业的影响,全球稀土永磁材料,尤其是钕铁硼永磁材料产业仍然保持着较高的增长趋势。
在丰富的资源优势和成本优势下,我国正在大力发展钕铁硼永磁材料产业。目前我国已经成为全球生产和销售钕铁硼永磁材料最多的国家,年产销量超过11万吨,约占全球市场的80%-90%。据相关报告预测,未来5年我国稀土永磁材料仍将保持10%以上的年复合增长率。然而,目前我国稀土永磁产业面临着低端产品产能过剩,高端产品的市场竞争力相对较弱的现状。
国外进展
整体而言,进入21世纪以来日本、美国以及欧盟等发达国家稀土永磁材料产业的发展止步不前。日本钕铁硼磁体的产业规模基本处于维持的状态。在烧结钕铁硼生产领域,日本一直占据稀土永磁材料的技术制高点,也是除我国以外,全球最大的供应商。日本最主要的烧结钕铁硼生产企业包括日立金属、TDK 以及信越化学。美国烧结钕铁硼磁体生产线基本处于关停的状态。
随着日本日立金属和美国麦格昆磁在美国、欧洲和日本所拥有的大部分钕铁硼成分专利的到期(截止至 2014 年 7 月均已到期),使得这些国际厂商不得不面对国内企业的正面冲击,加之我国拥有充足的稀土原材料和广阔的市场应用前景,境外厂商开始纷纷在国内寻求合作或建立生产基地。欧盟仅剩德国 VAC公司等少数几家钕铁硼磁体生产企业。
随着风力发电、新能源汽车及零部件、节能家电、节能电梯、机器人及智能制造产业的稳步发展,高性能稀土永磁材料的市场将愈发扩大。国外厂商凭借其强大的研发实力以及先进的设备、制造工艺,将继续在高端稀土永磁材料领域占据一席之地。为了避免对 Pr、Nd、Dy、Tb 等稀缺稀土元素的依赖,一些新配方(SmFeN 永磁材料)、新工艺(结晶扩散、晶粒细化、热压 / 热变形技术)成为国外厂商的开发重点,同时继续通过新的专利申请维持其在行业内的技术垄断地位。
国内进展
我国拥有全球最大的稀土储量和产量,因此,我国具有生产稀土永磁材料得天独厚的优势。据中国稀土行业协会统计,2016 年我国生产的稀土永磁体毛坯达14万吨,其中出口2.69万吨,继续保持高速增长。稀土永磁材料产业成为我国为数不多的、在国际上拥有重要地位和较大影响力的产业之一。但是,2016 年全球钕铁硼产量为13.28万吨,其中我国钕铁硼产量为11.28万吨,占比 84.94%,而我国高性能钕铁硼永磁材料的产量仅占全球高性能钕铁硼产量的55% 左右,说明我国的钕铁硼永磁材料中、低端产品占比较高,这也是今后我国产业升级需要改进的方向。
伴随产业发展,我国在稀土永磁材料领域汇聚了一批有资源优势、有特色技术、有产业规模的企业,主要包括:北京中科三环高技术股份有限公司、宁波韵升股份有限公司、浙江英洛华磁业有限公司、安泰科技股份有限公司、有研稀土新材料股份有限公司、杭州永磁集团、成都银河磁体股份有限公司、宁波金鸡强磁股份有限公司、天和磁材、烟台首钢磁性材料股份有限公司、宁波永久磁业有限公司、烟台正海磁性材料股份有限公司、北京恒源谷科技股份有限公司等。
未来发展趋势及建议
随着应用领域的不断扩大,尤其是汽车、新能源以及医疗设备等重点行业的快速发展,稀土永磁材料的应用将获得更大的发展空间。在汽车领域,受能源与环境的综合影响,混合动力汽车与电动汽车成为主要的研发方向。应用于混合动力汽车的永磁同步电机,每台约需要烧结钕铁硼磁体2-3千克。在医疗设备领域,随着社会的不断发展,医疗行业对磁共振成像设备的总需求量将会急剧提高。磁共振成像设备对稀土永磁材料的需求量也非常高,每台核磁共振仪约需钕铁硼磁体3-5吨。在新能源领域,风电是全球重点发展的绿色能源之一。在风力发电产品中,稀土永磁风力发电机又是最具发展前景的设备,每台1兆瓦级永磁风力发电机约需钕铁硼磁体0.6-1.5吨。综上所述,未来全球钕铁硼磁体的总需求量将稳步提高。
当前,以稀土资源平衡利用为导向的稀土永磁材料及其产业化技术研发是目前国内外关注的焦点,其中轻稀土资源的综合利用和重稀土资源的高质化利用是技术发展趋势。从产业发展的角度看,我国稀土永磁材料产业仍处于高速发展阶段,稀土永磁产品的生产技术、装备、研究水平以及产品的种类、质量等都有了很大的提高及改善,并逐步接近世界同行业的先进水平。在资源优势、劳动力优势、市场优势以及技术科研优势的带动下,我国已确定成为世界稀土永磁材料的生产和应用的发展中心。我们同时也应该注意到目前仍存在的一些问题,如产品的性能与国外发达国家仍具有一定差距,产业发展模式不完善,管理工作比较薄弱等问题。
随着世界科技革命和产业变革的不断深化,稀土在国民经济和社会发展中的应用价值将进一步提升。结合“十三五”规划以及《中国制造 2025》的总体部署,对我国稀土永磁材料产业的发展提出以下几点建议措施:
01
我国应重点推进稀土永磁材料的产业集群化发展,建立规模优势,最终形成一批具有自主知识产权与核心竞争力的企业。稀土永磁材料企业在扩大规模的同时,应注意优化产品结构。目前我国稀土永磁材料低端产品过剩,而中高端产品的核心竞争力不足。因此,我国要推动企业转型,提高产品档次。
02
我国应注重提高稀土永磁材料生产装备的整体水平,开发具有自主知识产权的核心技术。科研人员在攻关过程中应重点关注以下几个方面:开发高品质高性能稀土永磁材料产业化制备及应用技术;开发高磁能积、高矫顽力、高稳定性的低钕 /低重稀土的永磁材料,推动高丰度稀土元素的应用;提高关键设备的自动化、智能化控制技术,有效提高工艺水平与生产效率;重视知识产权战略与专利保护问题的研究。
03
我国应重点推动稀土永磁材料在汽车、新能源以及医疗设备等高端应用领域的发展。钕铁硼磁体不仅需要具有高矫顽力、高温稳定性,而且还需要材料具有良好的加工性能和耐腐蚀性能。积极推进稀土及其产品,特别是以稀土永磁为代表的高端产品的各类标准的制 / 修定和推广,大力支持国内企业及相关研究单位组织国际标准的研究和制定,使我国在国际稀土材料领域占据主导地位。
04
作为稀土资源大国和稀土金属原材料的重要供应国,我国应在稀土资源高效、综合利用(特别是 La、Ce 等高丰度轻稀土),以及稀土二次资源(包括工业固废和城市矿产)的绿色回收和高值化再利用等方面加大对技术和装备研发的投入,使我国的稀土资源实现可持续良性发展。
05
积极推进稀土及其产品,特别是以稀土永磁为代表的高端产品的各类标准的制 / 修定和推广,大力支持国内企业及相关研究单位组织国际标准的研究和制定,使我国在国际稀土材料领域占据主导地位。