乘風破浪
——稀土永磁新時代發(fā)展淺析

鄒婧玲｜文

隨著新能源汽車的蓬勃發(fā)展，上游相關材料水漲船高，鋰、鈷、電池隔膜等材料價格紛紛屢創(chuàng)新高。而我國作為稀土資源大國，應充分發(fā)揮我國資源優(yōu)勢，加強技術革新，深耕加工延續(xù)，稀土永磁必能在新能源材料的替代潮流中擁抱新時代，取得新發(fā)展。

常見永磁材料分類

常見的永磁材料通常分為三類，分別是稀土永磁材料、鐵氧體永磁材料和金屬永磁材料，其中稀土永磁材料和鐵氧體永磁材料現(xiàn)在仍廣泛使用。

1.稀土永磁

稀土永磁材料是一類以稀土金屬元素RE和過渡族金屬元素TM所形成的金屬間化合物為基礎的永磁材料。在現(xiàn)有的稀土永磁材料體系中，釹鐵硼永磁材料是應用范圍最廣、發(fā)展速度最快、綜合性能最優(yōu)的稀土永磁材料。稀土永磁同步電機節(jié)能效果顯著，其損耗僅為異步電機的50%左右。

稀土永磁材料應用領域廣闊，涉及汽車工業(yè)、節(jié)能家電、消費電子、工業(yè)應用、風力發(fā)電等，其中汽車行業(yè)是稀土永磁材料的第一大消費領域，家電行業(yè)為釹鐵硼第二大消費體。未來，稀土永磁材料在傳統(tǒng)汽車EPS、新能源汽車與變頻空調這三個應用端仍有較大的發(fā)展空間。

國際釹鐵硼產(chǎn)業(yè)逐步向國內轉移，目前我國是全球最大釹鐵硼磁材生產(chǎn)國。2018年我國生產(chǎn)13.8萬噸釹鐵硼磁材，產(chǎn)量占全球產(chǎn)量比重高達87%。2019年我國釹鐵硼磁材產(chǎn)量為18.03萬噸。不過，生產(chǎn)壁壘導致高性能稀土永磁材料供應快速增長能力有限。未來，高性能與定制化將成為稀土永磁材料兩大技術發(fā)展趨勢。

目前，因“碳中和、碳達峰”的提出，節(jié)能顯著的高性能釹鐵硼需求有望快速增長。

2.鐵氧體永磁

鐵氧體永磁又稱硬磁鐵氧體，具有寬磁滯回線、高矯頑力、高剩磁，一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的功能性材料。

永磁鐵氧體相對于釹鐵硼永磁比較來看，其磁性能力較弱，但其物理特性穩(wěn)定，多用于電聲、通信、汽車上的電機等領域，其中電聲行業(yè)需求占比最大，達到37.12%，其次是電動玩具行業(yè)，占比15.89%。

鐵氧體磁體盡管綜合磁性能較低，但電阻率高、穩(wěn)定性好、耐環(huán)境變化力強、原料來源豐富、性價比高、工藝成熟而簡單、不存在氧化問題，故在對磁性能力要求較低的中低端產(chǎn)品中應用較為廣泛。

我國是全球最大的永磁鐵氧體生產(chǎn)國，2018年國內永磁鐵氧體產(chǎn)量為110萬噸，占世界產(chǎn)量的70%左右。不過，我國企業(yè)存在行業(yè)集中度較低、規(guī)模普遍偏小的特點，300多家永磁鐵氧體企業(yè)中，有45%的企業(yè)產(chǎn)能在1000噸以下。

目前，鐵氧體行業(yè)競爭加劇，產(chǎn)品升級亟待優(yōu)化。

3.金屬永磁

金屬永磁，增速下降，逐步被鐵氧體永磁與稀土永磁替代。金屬永磁材料是以鐵和鐵族元素為主要組成元素的永磁材料。其主要特點是具有高的居里溫度、高的剩余磁感應強度和高的飽和磁感應強度，而且無稀土元素。

新的永磁材料出現(xiàn)后，金屬永磁材料應用大量被替代，但是并未完全退出市場。憑借著其獨特的磁性能，仍占有一定的市場份額，但是產(chǎn)量規(guī)模已經(jīng)完全無法跟鐵氧體永磁和稀土永磁材料相抗衡。

高性能釹鐵硼介紹

1983年，日本住友特殊金屬公司的佐川真人博士首次發(fā)明了釹鐵硼永磁體。釹鐵硼是第三代稀土永磁材料，由大量的釹、鐵、硼三種稀土元素構成，其中釹屬于輕稀土元素。釹鐵硼具有高剩磁密度、高矯頑力和高磁能積的優(yōu)點，是迄今為止磁性最強的永磁材料。釹鐵硼磁體與鐵氧體磁體的區(qū)別見表1。

表1 釹鐵硼磁體與鐵氧體磁體的區(qū)別

釹鐵硼作為現(xiàn)今性能最為優(yōu)異的永磁體，其性能作用也有差異，其中最為尖端的是高性能釹鐵硼。高性能釹鐵硼永磁材料是以速凝甩帶法制成、內稟矯頑力及最大磁能積之和大于60的燒結釹鐵硼永磁材料，磁性能、矯頑力、剩磁密度、溫度特性等性能都要大大優(yōu)于一般釹鐵硼永磁材料。

高性能釹鐵硼因其優(yōu)異的性能廣泛應用于新能源車、變頻空調、節(jié)能電梯、磁懸浮列車、智能機器人、風力發(fā)電等領域，能大大縮小應用產(chǎn)品的體積、減輕產(chǎn)品的質量并能提供更高的使用效率，因此備受矚目。

晶界滲透技術革新

隨著下游應用場景的革新，對釹鐵硼永磁材料的矯頑力和溫度穩(wěn)定性提出了高要求。在生產(chǎn)釹鐵硼材料的過程中，加入鏑元素和鋱元素可以大大提高材料的矯頑力以及溫度穩(wěn)定性。對于矯頑力和使用溫度要求較高的釹鐵硼材料，加入鏑元素的含量很高，有的可達10%以上。由于重稀土元素鏑和鋱價格比較高，大量添加會使釹鐵硼生產(chǎn)成本激增。傳統(tǒng)的元素添加方法是在熔煉過程中加入元素一同熔煉，在制成的磁體中晶界和晶內主相中均有添加元素的分布。但研究表明，處于晶界的鏑元素對提高矯頑力作用最為顯著，傳統(tǒng)的元素添加方法會造成資源浪費。

晶界滲透技術，又稱晶界擴散(鏑鋱滲透)技術，采用特殊的工藝使鏑元素通過擴散只存在于晶界而不進入晶內，這樣不僅提高了釹鐵硼材料的磁性能，而且大大減少了鏑元素的總量，降低了材料的消耗和成本。

高性能釹鐵硼磁材的重要戰(zhàn)略價值

稀土永磁材料行業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈由上游稀土行業(yè)，中游稀土功能材料行業(yè)，以及下游行業(yè)應用組成。上游稀土行業(yè)參與主體通過開采、冶煉和分離稀土，主要提供稀土金屬、稀土氧化物等用于生產(chǎn)稀土功能材料的原材料。中游稀土功能材料體系中，釹鐵硼永磁材料作為第三代永磁材料，是應用范圍最廣、發(fā)展速度最快、綜合性能最優(yōu)、性價比最高的磁性材料，被譽為“磁王”。由于稀土資源的稀缺性，以及稀土永磁材料在下游應用中的不可替代性，稀土行業(yè)及相關產(chǎn)業(yè)鏈具有重要的戰(zhàn)略價值。

高性能釹鐵硼磁材主要下游應用包括新能源汽車及汽車零部件、節(jié)能變頻空調、風力發(fā)電、智能電子、節(jié)能電梯、機器人及智能制造等，具體細分如下：

1.新能源汽車及汽車零部件

目前，每臺新能源汽車使用釹鐵硼約2.5千克～3.5千克。2021-2025年中國及全球新能源汽車市場對高性能釹鐵硼磁材需求預測見表2。

表2 2021—2025年中國及全球新能源汽車市場對高性能釹鐵硼磁材需求預測（按每臺新能源汽車使用釹鐵硼磁材2.25千克測算）

2.節(jié)能變頻空調

每臺節(jié)能變頻空調約使用釹鐵硼磁材0.1千克，目前變頻空調滲透率約50%，其中稀土變頻空調滲透率約40%，均呈現(xiàn)逐步上升趨勢。對節(jié)能變頻空調領域的5年用量預測見表3。

表3 2021—2025年中國節(jié)能變頻空調市場對高性能釹鐵硼磁材需求預測

3.風力發(fā)電

目前永磁直驅風機滲透率約為30%，呈現(xiàn)逐年上升趨勢。每GW裝機約需要釹鐵硼800噸，對風力發(fā)電新裝機釹鐵硼需求量預測見表4。

表4 2021—2025年風力發(fā)電新裝機市場對釹鐵硼需求量預測（按滲透率33%左右保守預測）

4.智能電子

手機揚聲器，每臺手機對釹鐵硼永磁體的需求量在0.5克左右，高端手機所使用揚聲器相對較大，能夠達到0.7～0.8克以上。

無線充電圈，每臺釹鐵硼用量在1～2克。

高性能線性震動馬達，單個釹鐵硼用量在0.5～1克，觸控板中用量在7～8克。按出貨2億部馬達和2000萬臺觸控板預計，對應釹鐵硼需求量在1400噸～1500噸左右。

TWS耳機，每個釹鐵硼用量約0.2克～0.3克，假設高端機出貨量1億副，普通機型耳機匹配出貨量10億副，50%良品率對應毛坯需求量約2300噸。

IDC機房配套硬盤，每個單體釹鐵硼用量2～3克到10～15克，大型硬盤釹鐵硼磁體用量約20～30克，按每年2億個左右出貨量預測對應釹鐵硼需求量在4500噸左右。

節(jié)能電梯，每單臺電梯需約6千克釹鐵硼，按國內產(chǎn)量130萬臺的90%滲透率預測，釹鐵硼需求約7000噸。

機器人及智能制造，目前工業(yè)機器人尚未廣泛普及，用量較小，此塊擁有極大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景。隨著人口老齡化和高端智能制造的發(fā)展，機器人需求下帶動的釹鐵硼用量會顯著增長。

以伺服電機預測為例，假設每臺伺服電機釹鐵硼需求量為0.5千克,假設出貨量為800萬臺，對應釹鐵硼需求量為4000噸，按60%成品率預測，對應毛坯需求量為6600噸。

綜上所述，以上需求對應的每年新增釹鐵硼需求量保守預測在7.5萬噸左右，復合年增長率為30%。隨著新能源汽車、智能制造的發(fā)展以及“碳中和、碳達峰”的提出，我國稀土永磁產(chǎn)業(yè)必能在下游的爆發(fā)中榮獲新發(fā)展。希望我國能在此輪產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)中把握本國稀土資源優(yōu)勢，引領技術革新，占據(jù)稀土永磁產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要地位。