稀土永磁產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及展望

文/胡伯平

稀土永磁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子信息、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、能源交通等眾多領(lǐng)域。同時(shí)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，在很多新興領(lǐng)域，稀土永磁材料也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。特別是在低碳經(jīng)濟(jì)席卷全球的大勢(shì)之下，世界各國(guó)都在把環(huán)境保護(hù)、低碳排放作為關(guān)鍵科技領(lǐng)域給予關(guān)注。稀土永磁材料在風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、節(jié)能家電等低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)方面扮演著重要角色。

稀土永磁材料的制備工藝主要分三大類：燒結(jié)、粘結(jié)和熱壓/熱變型。第一類燒結(jié)工藝：采用粉末冶金工藝，包括合金制備、制粉、取向成形、燒結(jié)、熱處理、機(jī)械加工、表面防護(hù); 第二類粘結(jié)工藝：花樣比較多，基本路線為制備具有永磁性能的合金磁粉、磁粉粒度調(diào)整、添加樹(shù)指與磁粉混合并造粒、成形（壓縮、注射、擠出或壓延）、機(jī)械加工、表面防護(hù); 第三類熱壓/熱變形工藝;采用釹鐵硼快淬磁粉，通過(guò)緩慢而大幅度的熱壓變形誘發(fā)類似的晶體擇優(yōu)取向，制成高性能磁體。燒結(jié)磁體和熱壓/熱變形磁體的特點(diǎn)是磁性能高，粘結(jié)磁體的特點(diǎn)是性能一致性好、尺寸精確、形狀復(fù)雜、材料利用率高、易與金屬/塑料零件集成等。目前，普遍使用的稀土永磁材料有四種：燒結(jié)釹鐵硼、粘結(jié)釹鐵硼、熱壓/熱變形釹鐵硼和燒結(jié)釤鈷。

稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展

第三代稀土永磁材料釹鐵硼自1983年誕生以來(lái)，一直保持著快速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。尤其是進(jìn)入二十一世紀(jì)后，以燒結(jié)釹鐵硼磁體為代表的全球稀土永磁材料產(chǎn)量進(jìn)入高速增長(zhǎng)期。我國(guó)在稀土永磁材料研發(fā)方面與國(guó)際同步，還帶有中國(guó)特色; 在制造裝備方面，自動(dòng)化程度大幅度提高，同國(guó)際水平差距越來(lái)越小; 在產(chǎn)業(yè)規(guī)模方面，多年來(lái)處于領(lǐng)先地位。中國(guó)已經(jīng)成為全球最大的稀土永磁材料生產(chǎn)基地。我國(guó)現(xiàn)有燒結(jié)釹鐵硼企業(yè)170家左右，年產(chǎn)能力超過(guò)30萬(wàn)噸，主要分布在滬浙、京津、山西、包頭、贛州和山東六大地區(qū)。2017年燒結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)表明，浙江省占40%，京津地區(qū)占11%，山西省占8%，內(nèi)蒙古占9%，江西省占10%，山東省占9%，其它地區(qū)占13%。按磁體產(chǎn)量計(jì)，年產(chǎn)量3000噸以上的企業(yè)占7.5%，年產(chǎn)量1500～3000噸的企業(yè)占8.5%，年產(chǎn)能1500噸以下的企業(yè)占84%。前25家企業(yè)的產(chǎn)量份額占全國(guó)的58%。中科三環(huán)是我國(guó)最大的燒結(jié)釹鐵硼生產(chǎn)企業(yè)，其它代表性的企業(yè)還有寧波韻升、煙臺(tái)正海、煙臺(tái)首鋼、江西金力、包頭天和、中磁科技、廈門鎢業(yè)、北京京磁、安泰科技、安徽大地熊等。

粘結(jié)釹鐵硼具有精度高、形狀復(fù)雜、一致性好、原料利用率高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于信息產(chǎn)業(yè)、辦公自動(dòng)化、消費(fèi)電子、家用電器和汽車等高新技術(shù)領(lǐng)域。絕大多數(shù)磁體以多極充磁圓環(huán)的形式應(yīng)用于各類精密稀土永磁電機(jī)，成為燒結(jié)稀土永磁材料的一個(gè)重要補(bǔ)充。全球粘結(jié)釹鐵硼磁體的生產(chǎn)能力大部分集中在東南亞，國(guó)內(nèi)相關(guān)的企業(yè)有30余家。規(guī)模大的代表性企業(yè)有成都銀河、上海三環(huán)（原上海愛(ài)普生）、日本大同電子公司、日本美培亞、臺(tái)灣天越、海美格（安泰科技）、寧波韻升、英洛華、喬智、廣東江粉等。2017年，我國(guó)粘結(jié)釹鐵硼產(chǎn)量為6600噸，比2016年增長(zhǎng)10%左右，占全球份額的76%。2007年至2017年的十年間，我國(guó)年均增長(zhǎng)率為8.2%，全球年均增長(zhǎng)率為6.0%。

由麥格昆磁和大同電子共同開(kāi)發(fā)的熱壓工藝制備的高密度各向同性磁體（MQ-Ⅱ磁體），以及熱壓/熱變形工藝制備的高密度各向異性磁體（MQ-Ⅲ磁體），是稀土永磁產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要分支。釹鐵硼快淬磁粉可以通過(guò)緩慢而大幅度的熱壓變形誘發(fā)類似的晶體擇優(yōu)取向，制成優(yōu)異的全密度各向異性磁體，而且很適合制造輻射取向薄壁磁環(huán)。寧波金雞與寧波材料所合作，已經(jīng)建立了相應(yīng)的試驗(yàn)生產(chǎn)線，成都銀河有小批量產(chǎn)品向市場(chǎng)提供。中科三環(huán)正在積極開(kāi)展MQ-Ⅲ磁體的研發(fā)。日本大同電子生產(chǎn)的熱壓/熱變形釹鐵硼磁體輻射取向環(huán)主要應(yīng)用于汽車的電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）電機(jī)，目前年產(chǎn)量為800噸左右。

燒結(jié)釤鈷永磁材料（2：17型Sm-Co為主）因具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)（例如工作溫度高，溫度系數(shù)小，抗腐蝕強(qiáng)等），在軍工、航空航天等方面占據(jù)牢固的地位。在釤鈷永磁材料產(chǎn)品生產(chǎn)方面，國(guó)外生產(chǎn)企業(yè)主要有日本TDK公司、美國(guó)電子能源公司（EEC）、美國(guó)阿諾公司（Arnold），德國(guó)真空熔煉公司（VAC）和俄羅斯托尼公司等; 我國(guó)的企業(yè)有寧波寧港、杭州永磁集團(tuán)、成都航天和綿陽(yáng)西磁等。2017年，我國(guó)燒結(jié)釤鈷磁體的年產(chǎn)量達(dá)1700噸，超過(guò)全球產(chǎn)量的80%。

綜上所述，2017年全球稀土永磁材料的成品產(chǎn)量為13.1萬(wàn)噸，其中燒結(jié)釹鐵硼磁體占91.4%，粘結(jié)釹鐵硼磁體占6.7%，熱壓/熱變形釹鐵硼磁體占0.6%，燒結(jié)釤鈷磁體僅占1.3%。

稀土永磁材料的廣泛應(yīng)用

稀土永磁材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電子信息、汽車工業(yè)、醫(yī)療設(shè)備、能源交通等眾多領(lǐng)域。同時(shí)，隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，在很多新興領(lǐng)域，稀土永磁材料也展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。特別是在低碳經(jīng)濟(jì)席卷全球的大勢(shì)之下，世界各國(guó)都在把環(huán)境保護(hù)、低碳排放作為關(guān)鍵科技領(lǐng)域給予關(guān)注。我國(guó)將在2020年實(shí)現(xiàn)單位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%～50%，這對(duì)我國(guó)在改善能源結(jié)構(gòu)、發(fā)展再生能源、提高效率、節(jié)能減排、倡導(dǎo)低碳生活等方面提出了新的要求，也為稀土永磁材料在風(fēng)力發(fā)電、新能源汽車、節(jié)能家電等低碳經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)方面提供了廣闊的市場(chǎng)空間。一些典型的稀土永磁材料應(yīng)用如下：

風(fēng)力發(fā)電; 風(fēng)能是一種清潔的永續(xù)資源，與傳統(tǒng)能源相比，風(fēng)力發(fā)電不依賴礦物能源，沒(méi)有燃料價(jià)格風(fēng)險(xiǎn)，發(fā)電成本穩(wěn)定，也沒(méi)有包括碳排放等環(huán)境成本。此外，可利用的風(fēng)能在全球范圍內(nèi)分布都很廣泛。正是因?yàn)橛羞@些獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電逐漸成為許多國(guó)家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成部分，發(fā)展迅速。我國(guó)政府將風(fēng)力發(fā)電作為改善能源結(jié)構(gòu)、應(yīng)對(duì)氣候變化和國(guó)家能源安全問(wèn)題的主要替代能源技術(shù)之一，并給予了有力的支持。目前風(fēng)電機(jī)組主要有雙饋式和直驅(qū)永磁式兩種。其中，雙饋式機(jī)型技術(shù)成熟，是目前風(fēng)電技術(shù)的主流機(jī)型。直驅(qū)永磁式風(fēng)電機(jī)組是近幾年剛剛發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，由于具有效率高、壽命長(zhǎng)、穩(wěn)定性高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等一系列優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為今后風(fēng)電技術(shù)的發(fā)展方向。直驅(qū)永磁式風(fēng)電機(jī)組使用釹鐵硼永磁材料0.67噸/兆瓦左右。2017年市場(chǎng)新增裝機(jī)超過(guò)50GW，其中歐洲、印度和海上風(fēng)電裝機(jī)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)紀(jì)錄突破。中國(guó)風(fēng)電增速放緩，根據(jù)初步統(tǒng)計(jì)中國(guó)實(shí)現(xiàn)19.5GW裝機(jī)。全球市場(chǎng)2017年新增裝機(jī)52573MW，累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到539581MW。新增直驅(qū)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的容量占新增裝機(jī)容量的30%左右，則2017年全球在風(fēng)力發(fā)電機(jī)上使用燒結(jié)釹鐵硼磁體超過(guò)1萬(wàn)噸，其中絕大部分由中國(guó)燒結(jié)釹鐵硼廠家提供。

電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車：電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車通過(guò)在汽車上使用電機(jī)，從而降低油耗與尾氣排放，節(jié)能環(huán)保效益顯著。電動(dòng)汽車中80%左右的電機(jī)為稀土永磁電機(jī)，而混合動(dòng)力汽車全部使用稀土永磁電機(jī)，每臺(tái)電機(jī)使用燒結(jié)釹鐵硼2千克左右。美國(guó)特斯拉（Tesla）新型大眾版車型Model3已投放市場(chǎng)，在這款新車型中全部采用稀土永磁電機(jī)。2017年，全球新能源汽車銷量超過(guò)122.3萬(wàn)輛，其中我國(guó)達(dá)77.7萬(wàn)輛（占比64%），比2016年增長(zhǎng)58%，使用燒結(jié)釹鐵硼磁體2400噸左右。截至2017年1月底，豐田汽車公司混合動(dòng)力汽車的全球累計(jì)銷量突破1000萬(wàn)輛。2017年，豐田混合動(dòng)力汽車銷量達(dá)到150萬(wàn)輛，使用燒結(jié)釹鐵硼2300噸左右。

節(jié)能家電：家電節(jié)能不僅是節(jié)能減排的要求，更是家電企業(yè)增強(qiáng)自身競(jìng)爭(zhēng)力的需要。以節(jié)能減排為使命，以低碳綜合技術(shù)為發(fā)展方法的綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式已經(jīng)成為家電產(chǎn)品進(jìn)一步發(fā)展的大勢(shì)所趨。以空調(diào)為例，近年來(lái)使用稀土永磁變頻壓縮機(jī)的“變頻空調(diào)”成為主流，每臺(tái)稀土永磁變頻電機(jī)使用釹鐵硼磁體100克左右。2017年，我國(guó)空調(diào)銷售量為5787萬(wàn)臺(tái)，變頻空調(diào)占比76%左右，使用燒結(jié)釹鐵硼4400噸左右。除變頻空調(diào)后，市場(chǎng)上還有變頻洗衣機(jī)、變頻冰箱、變頻微波爐等新型節(jié)能家電產(chǎn)品。

信息產(chǎn)品：機(jī)械硬盤和光盤驅(qū)動(dòng)器都需要高性能燒結(jié)和粘結(jié)永磁材料，隨著技術(shù)水平的提高，記錄密度也不斷攀升，如超過(guò)1TB的硬盤、藍(lán)光DVD等，因而對(duì)磁性材料的性能要求也越來(lái)越高。近年來(lái)由于受到固體硬盤高速發(fā)展的影響，全球機(jī)械硬盤驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)量逐年下降，從2010年6.26億只下降到2017年的4.1億只，燒結(jié)釹鐵硼使用量從6260噸下降到4100噸; 粘結(jié)釹鐵硼磁體使用量從1500噸下降到1000噸。由于我們處在信息時(shí)代，未來(lái)大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等將對(duì)機(jī)械硬盤具有很大的需求。

電動(dòng)自行車：隨著人民生活水平的提高和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，電動(dòng)自行車遍布大街小巷。我國(guó)的電動(dòng)自行車從研制開(kāi)發(fā)到1997年的小批量投放市場(chǎng)到現(xiàn)在，其生產(chǎn)和銷售呈逐年大幅增長(zhǎng)。電動(dòng)自行車均使用稀土永磁電機(jī)，每輛電動(dòng)自行車需要0.32千克燒結(jié)釹鐵硼磁體。1998年產(chǎn)量為5.45萬(wàn)輛，2011年產(chǎn)量突破3000萬(wàn)輛，近幾年的年產(chǎn)量均保持在3000萬(wàn)輛以上，每年使用燒結(jié)釹鐵硼磁體超過(guò)10000噸。

前景展望

我國(guó)稀土永磁材料有著光明的發(fā)展前景。一是，中國(guó)政府的大力支持，二是新增的巨大市場(chǎng)需求，三是我國(guó)豐富的稀土資源。

2016年10月18日，工信部發(fā)布《稀土行業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016—2020年）》。提出，加快發(fā)展高性能稀土磁性、儲(chǔ)氫、晶體、發(fā)光等新材料，提升稀土關(guān)鍵材料和零部件保障能力，培育稀土在航空航天、軌道交通、海洋工程、工業(yè)機(jī)器人、高檔數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械等領(lǐng)域的應(yīng)用，發(fā)揮稀土材料在未來(lái)社會(huì)發(fā)展中數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)的支撐作用。開(kāi)發(fā)高綜合性能稀土永磁體，滿足航空航天、軌道交通、新能源汽車、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療器械等應(yīng)用需求; 開(kāi)發(fā)高穩(wěn)定性熱壓和粘結(jié)稀土永磁體，研制高性能輻向稀土永磁環(huán)，滿足伺服電機(jī)、汽車轉(zhuǎn)向助力系統(tǒng)、陀螺儀、微特電機(jī)等應(yīng)用需求。

2017年1月，為貫徹落實(shí)《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》和《中國(guó)制造2025》，工業(yè)和信息化部、發(fā)改委、科技部、財(cái)政部聯(lián)合制定發(fā)布了《新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指南》?！吨改稀穼⒏咝阅芟⊥劣来帕袨殛P(guān)鍵戰(zhàn)略材料，并將其作為支撐高檔數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人、先進(jìn)軌道交通裝備、節(jié)能環(huán)保等關(guān)鍵應(yīng)用領(lǐng)域急需的新材料重點(diǎn)支持發(fā)展，稀土磁性材料產(chǎn)業(yè)將再次迎來(lái)一輪快速發(fā)展機(jī)遇。

2013年3月,工信部等五部門共同發(fā)布了中國(guó)乘用車企業(yè)平均燃料消耗量核算辦法，宗旨是嚴(yán)控電動(dòng)汽車配額，以達(dá)到解決長(zhǎng)期污染問(wèn)題的目的。具體計(jì)劃是2018年在中國(guó)的汽車制造商必須將其銷量的8%轉(zhuǎn)移到電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域。2019年上調(diào)到10%，2020年到12%。2017年4月6日，工信部、發(fā)改委、科技部聯(lián)合印發(fā)《汽車產(chǎn)業(yè)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃》。規(guī)劃指出，到2020年，我國(guó)將培育形成若干家進(jìn)入世界前十的新能源汽車企業(yè)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車與國(guó)際同步發(fā)展; 到2025年，新能源汽車骨干企業(yè)在全球的影響力和市場(chǎng)份額進(jìn)一步提升，智能網(wǎng)聯(lián)汽車進(jìn)入世界先進(jìn)行列。

西方國(guó)家在新能源汽車方面也提出了發(fā)展計(jì)劃。1990年，美國(guó)加州就出臺(tái)零排放車輛計(jì)劃，要求汽車制造商開(kāi)發(fā)純電力的電動(dòng)車，加州為未來(lái)制定的目標(biāo)是，讓新能源汽車銷量達(dá)到整體新車銷售的15%; 洛杉磯也大力推進(jìn)公共交通領(lǐng)域電動(dòng)化，預(yù)計(jì)到2035年，洛杉磯混合動(dòng)力汽車保有量達(dá)到25%以上，最終目標(biāo)是讓城市至少50%的汽車是電動(dòng)汽車。2018年3月，梅賽德斯·奔馳鄭重宣布，將在2022年之前將旗下整個(gè)汽車產(chǎn)品線全部實(shí)現(xiàn)電動(dòng)化，傳統(tǒng)燃油車型全面停產(chǎn)停售。到2022年，奔馳旗下所有車型都只提供混合動(dòng)力或純電動(dòng)版本，并且屆時(shí)將會(huì)至少再增加50個(gè)全新的電動(dòng)汽車車型。與此同時(shí)，另一個(gè)同屬于戴姆勒旗下的子品牌Smart，也將在2022年之前完成電氣化的過(guò)度。梅賽德斯·奔馳成為又一家準(zhǔn)備向全電氣化轉(zhuǎn)變的汽車廠商。英國(guó)政府2017年曾表示，將從2040年起禁止銷售汽油和柴油汽車，只允許超高效的混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車上路。英國(guó)汽車協(xié)會(huì)（AA）預(yù)測(cè)，到2020年，英國(guó)上路的插電式汽車和純電動(dòng)汽車的數(shù)量將達(dá)到50萬(wàn)輛。挪威政府希望通過(guò)采用“污染者付費(fèi)”的稅收政策，激勵(lì)民眾購(gòu)買低排放和零排放汽車，逐步淘汰汽油和柴油汽車，到2025年停止銷售汽油和柴油新車。

工業(yè)機(jī)器人是智能制造業(yè)最具代表性的裝備。日本、美國(guó)、德國(guó)和韓國(guó)是工業(yè)機(jī)器人強(qiáng)國(guó)?！皺C(jī)器人王國(guó)”日本在工業(yè)機(jī)器人的生產(chǎn)、出口和使用方面都居世界榜首，裝備量約占世界工業(yè)機(jī)器人裝備量的60%; 美國(guó)是機(jī)器人的發(fā)源地，早在1962年就研制出世界上第一臺(tái)工業(yè)機(jī)器人，其技術(shù)全面、先進(jìn)、適應(yīng)性也很強(qiáng)。德國(guó)工業(yè)機(jī)器人的總數(shù)占世界第三位，僅次于日本和美國(guó);韓國(guó)是工業(yè)機(jī)器人的后起之秀，于20世紀(jì)80年代末開(kāi)始大力發(fā)展工業(yè)機(jī)器人技術(shù)，在政府的資助和引導(dǎo)下，韓國(guó)近幾年來(lái)已躋身機(jī)器人強(qiáng)國(guó)之列。2016年4月，工信部、發(fā)改委、財(cái)政部等三部委聯(lián)合印發(fā)《機(jī)器人產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》，引導(dǎo)中國(guó)機(jī)器人產(chǎn)業(yè)快速 健康可持續(xù)發(fā)展。2020年具體目標(biāo)如下：產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)。自主品牌工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量達(dá)到10萬(wàn)臺(tái)，六軸及以上工業(yè)機(jī)器人年產(chǎn)量達(dá)到5萬(wàn)臺(tái)以上，服務(wù)機(jī)器人年銷售收入超過(guò)300億元。

展望未來(lái)，伴隨著全球新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的孕育興起，一些重要科學(xué)問(wèn)題和顛覆性的核心技術(shù)已呈現(xiàn)出革命性突破的先兆，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、新一代環(huán)保智能汽車等將蓬勃發(fā)展。在這巨大的歷史洪流中，作為支撐產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵性功能材料，稀土磁性材料將不斷迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇和巨大的發(fā)展空間。豐富的稀土資源，廣闊的應(yīng)用市場(chǎng)，稀土永磁材料將迎來(lái)更加美好的前景。