最具发展前途的磁性材料--高性能钕铁硼永磁材料

最具发展前途的磁性材料--高性能钕铁硼永磁材料高性能钕铁硼永磁材料定义：根据《中国高新技术产品目录（2006）》第六大类新材料中第895项的规定，以速凝甩带法制成，Hcj（kOe）+（BH）max（MGOe）＞60，用于制作中、小、微型特殊用途的永磁电机、传感器、磁共振仪、高级音像设备等的烧结钕铁硼永磁材料，属于我国重点鼓励和支持发展的高新技术产品。以下将达到《中国高新技术产品目录（2006）》中规定指标的烧结钕铁硼永磁材料称为高性能钕铁硼永磁材料。目前，日本企业是全球高性能钕铁硼永磁材料行业的领先者，其中日立NEOMAX是全球最大的高性能钕铁硼永磁材料生产厂商，其研制出的磁能积为59.5MGOe的高性能钕铁硼永磁材料，是迄今国际公开报道的磁能积水平最高的烧结钕铁硼永磁体。德国VAC公司通过生产工艺的不断改进和新金属的不断采用，研制出了磁能积为56.7MGOe的高性能钕铁硼永磁材料。我国于2006年底由烟台正海磁性材料有限公司研制出最大磁能积为56.0MGOe的钕铁硼永磁体，是迄今国内公开报道的磁能积水平最高的烧结钕铁硼永磁体。目前，高性能钕铁硼永磁材料行业最具代表性的几家企业的产品磁性能水平的对比情况如下图：高性能钕铁硼永磁材料磁性能水平的高低很大程度上决定于产品的生产工艺。传统的高性能钕铁硼永磁材料生产工艺以日本住友的干法工艺和日本日立的湿法工艺为代表，此两种工艺可将产品的含氧量控制在2,000PPM左右。为进一步降低氧的含量，经过不断的改进，合并后的NEOMAX（2007年日本日立和日本住友合并）开发出了低氧干法工艺，可将产品的氧含量控制在1,000-2,000PPM。目前，国内开发出的较为先进的生产工艺为烟台正海磁性材料有限公司的无氧工艺，可将磁体中的氧含量控制在100-900ppm范围内，达到了世界领先水平。高性能钕铁硼永磁材料的主要原材料为稀土，稀土分为轻稀土和重稀土，两种稀土原料占产品生产成本的比重均在27%左右。稀土在高性能钕铁硼永磁材料的生产过程中损耗率较高，根据产品精细化程度不同，由10%至80%不等。由此可见，稀土原料成本及其损耗率对产品生产成本影响重大。我国是世界上稀土储量和产量最大的国家，欧洲和美国储量较小，受稀土资源的影响，目前，美国已无高性能钕铁硼永磁材料生产基地，而欧洲仅在德国和芬兰共有不到2,000吨的产能，亚洲已成为高性能钕铁硼永磁材料的生产中心，2008年，90%以上的高性能钕铁硼永磁材料的供应来源于亚洲。具体情况见下图：考虑稀土资源的分布及人力成本因素，在未来几年内，中国高性能钕铁硼永磁材料的产量将保持高速增长的态势，日本产量将保持稳步低速增长态势。随着中国高性能钕铁硼永磁材料产量的快速增长，预计到2013年，中国将成为世界上最大的高性能钕铁硼永磁材料生产国。在中国高性能钕铁硼永磁材料产品快速增长的带动下，全世界高性能钕铁硼永磁材料的产量将继续呈现快速的增长趋势，具体见下图：目前，我国钕铁硼永磁材料生产企业已达200多家，但获得国际专利授权的企业只有5家（获得专利授权需要支付较高的费用），专利限制已经成为制约钕铁硼行业发展的最大瓶颈。目前，高性能钕铁硼永磁材料在我国主要应用于风力发电和节能电梯市场，以及以出口的形式应用于消费类电子产品领域。2008年，我国高性能钕铁硼永磁材料应用领域分布情况如下图：在未来的几年里，我国风力发电和节能电梯市场将继续保持快速发展的趋势，新兴的混合动力汽车、EPS、节能环保空调和节能石油抽油机市场，在我国产业政策的大力扶持下，将进入快速发展通道。传统应用领域如VCM和消费类电子产品市场将保持稳定缓慢的增长。1.新能源和节能环保领域（1）风力发电和节能电梯风力发电和节能电梯是目前我国高性能钕铁硼永磁材料的主要应用市场，在两大市场快速发展的带动下，高性能钕铁硼永磁材料近几年呈现了快速的发展。预计未来几年，风力发电和节能电梯仍将保持快速的发展态势，势必会带动我国高性能钕铁硼永磁材料行业持续快速的发展。未来几年里，风力发电行业、节能电梯行业对高性能钕铁硼永磁材料的需求将保持高速上涨的趋势，具体趋势如下：（2）汽车领域①混合动力汽车领域目前，我国混合动力汽车尚处于市场推广阶段，随着我国《节能与新能源汽车示范推广财政补助资金管理暂行办法》的落实，我国混合动力汽车行业将引来爆发式增长。据中国汽车工业协会预测，未来几年，中国混合动力汽车产量将高速增长，增长情况如下图：高性能钕铁硼永磁材料是混合动力汽车电机的重要功能性材料，每台混合动力汽车电机约需使用5Kg高性能钕铁硼永磁材料，按此估算，2006-2014年，中国混合动力汽车行业对高性能钕铁硼永磁材料的需求量情况如下图：在电池技术取得实质性突破，纯电动汽车真正产业化后，由于需要较混合动力汽车更大功率的驱动电机，高性能钕铁硼永磁材料的需求量将更加扩大。②EPS领域目前，动力转向系统主要分为液压动力转向系统（HPS）和电动助力转向系统（EPS）。HPS一般由液压泵、油管、储油罐等部件构成，电机能源来自发动机，为保持压力，不论是否需要转向助力，系统总要处于工作状态。EPS一般由机械式转向器和电子控制伺服系统等组成，电机的能源来自车载蓄电池，如果不转向，则本套系统就不工作，处于休眠状态等待调用。有关两套汽车转向系统的优缺点情况见下表：特性HPSEPS汽车操纵性选定参数完成设计之后，转向系统的性能就确定了，不能再对其进行调节与控制，汽车操纵性低在前轮转向控制方面可以实现传动比的任意设置，并对随车速变化的参数进行补偿，使汽车转向特性不随车速变化汽车的稳定性能转向力无法根据汽车车速变化，影响汽车稳定性通过前轮转向的控制，实现助力控制系统的功能，能达到更为理想的效果，可以与其它主动安全设备相结合，实现对汽车的整体控制，提高汽车整体稳定性驾驶员的路感转向助力无法根据汽车车速变化，影响驾驶员路感由于转向盘和转向车轮之间无机械连接，最能够反映汽车实际行驶状态和路面状况的信息，为驾驶员提供更为真实的“路感”系统反应速度当急转动方向盘时，往往会出现转向迟滞现象系统反应灵敏、迅速，转向平稳、精确，环境污染可能导致液压油泄漏、液压油管、油封等废弃物对环境造成的污染无污染重量美国TRW公司的测试结果表明，HPS的重量为17Kg质量更轻、结构更紧凑，大约可比通常的液压助力转向系统轻25%汽车空气动力学性能占用部分发动机罩空间，影响汽车空气动力学性能取消了转向柱、皮带轮和皮带等部件，给发动机罩节省了空间，不影响汽车空气动力学性能油耗在没有转向时，油泵在发动机带动下仍然运转，油耗占全车整体油耗3%不用发动机直接驱动，仅当需要助力时电动机才提供助力，降低整车油耗传动效率使用传递效率极低的皮带传动，平均损耗达8%分别在齿条、齿轮或转向轴上施加助力，平均损耗为2%从上表对比分析看，EPS是动力转向系统未来的发展趋势。而在传统汽车市场，EPS是目前高性能钕铁硼永磁材料的主要应用领域，平均每台EPS需使用高性能钕铁硼永磁材料0.25Kg。我国汽车市场上早期应用的EPS主要是靠进口，之后国内企业也开始进行研发。随着近两三年的发展，国内EPS市场已初具规模。据奥尔威咨询统计，2008年我国EPS总产量约为111.9万套，2008年市场EPS装配量大约有128.4万，其中有大约18.8万来自进口。在未来几年里，随着我国EPS生产技术逐步成熟，EPS产量将爆发式的上涨，至2014年，我国EPS在汽车上的使用率将达到75%左右，约为1,419万套。2006-2014年中国EPS产量变化趋势情况如下图：（3）空调领域我国空调主要分为定频空调和变频空调两种，与定频空调相比，变频空调其以节能高效且环保的特性迅速发展成为世界空调行业的主流。两种空调的对分分析情况如下表：特性变频空调器与定频空调器相比控温性相比定频空调±2℃左右的控温范围，变频空调在刚开机时以高频运转，几分钟内达到设定温度之后转为低频工作，温度控制精确，控温范围±0.5℃。制冷制热速度由于开机后变频空调以高频进行运转，因此可在短时间内达到设定温度，一般仅为定频空调的一半时间。耗电变频空调无需频繁的开关机，且大部分时间是在低频段运转，与定频空调相比，变频空调可达到节能30%以上的效果。噪音整机噪声比相同功率的定频空调低2-3dB左右。运行稳定寿命定频空调频繁的启停会对压缩机造成很大损害，定频空调压缩机寿命为8-12年；而变频空调通常工作于低频段，压缩机和空调系统运行稳定，其寿命一般能达到12-15年。低电压启动及低温启动变频空调启动时电压较小，可在低电压和低温度条件下启动。由于实现了压缩机的无级变速，它也可以适应更大面积的制冷制热需求。启动电流定速空调开机时启动电流很大，会对电网造成冲击，也会对家里其他电器造成冲击；而变频空调可选择在10Hz低频及与之相应的低电压条件下启动，启动电流很低，避免了对供电电网的冲击及对其他家用电器正常工作的影响。变频空调即为目前空调行业的节能环保空调，其以节能高效且环保的特性迅速发展成为世界空调行业的主流。日本于1983年首先在世界上推出第一台变频空调，至2007年变频空调已占日本市场的99%以上，而在欧美等发达国家的普及率也在70%以上，节能空调对高性能钕铁硼永磁材料的防腐蚀性能要求极高，如全球领先的空调生产企业——日本大金要求对高性能钕铁硼永磁材料采用国际领先的真空镀铝技术。当前，我国空调市场上90%的空调均属于2级以下的定频空调。与国内空调销量低速增长相比，我国变频空调销售量将保持高速增长的态势，2008年我国变频空调销量为仅209万台，占国内空调销售量7%左右。随着我国定频空调能耗标准的实施，变频空调的销量在未来几年里将保持高速增长的趋势，预计到2014年，我国变频空调销量将达到2,330万台，占总消费量的50%左右。目前变频空调的压缩机所使用的磁体分为铁氧体永磁材料和高性能钕铁硼永磁材料两种。高性能钕铁硼永磁材料由于其磁性能优势突出，节能环保效果更优，在未来几年里，使用高性能钕铁硼永磁材料生产的变频空调的比例将快速上升，2008-2014年将分别达到20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%。考虑到平均每台变频空调需使用0.25Kg的高性能钕铁硼永磁材料，变频空调的发展对本行业意义深远。（4）节能石油抽油机领域目前，我国大多数油田都已进入开发的中后期阶段，井底压力降低，逐渐丧失自喷能力，基本上已从自喷转入机采，机械采油井占油井总数已达90%以上，其中由抽油井、抽油杆、抽油泵组成的“三抽”设备的抽油井占80%左右，采油量占总产量的75%以上。随着开采时间的延长，国内老油田的“三低”（低孔、低渗、低产）油井越来越多，传统的游梁式抽油机能耗大、难维修，已经不能适应油井深抽工艺的需要，以大庆油田为例，传统抽油机一年耗电就达600亿度。在采油成本中，抽油机电费占30%左右。抽油机是有杆式抽油的地面动力设备，也是油田主要耗能设备之一，约占油田耗电的1/2左右。然而抽油机整机系统的平均效率仅为40%左右。为降低能耗，提高效率，国内外的科技工作者付出了艰辛的努力，研发新型节能高效抽油机，并取得了重要成果。目前，我国已开发出直线电机抽油机（以下亦称节能石油抽油机），考虑到平均每台节能石油抽油机需使用1000Kg高性能钕铁硼永磁材料，节能石油抽油机的发展将对本行业的发展起到积极的促进作用。综述，2006-2009年新能源和节能环保应用领域对高性能钕铁硼永磁材料耗用量情况如下表：年度2006200720082009E节能环保领域对高性能钕铁硼永磁材料的耗用量（吨）336.0818.21,502.93,377.42．传统领域VCM和个人消费类电子产品总体上将继续保持稳定增长态势，对高性能钕铁硼永磁材料的需求将保持稳定。其中，VCM领域目前被日本高性能钕铁硼永磁材料生产企业所垄断。2009年受世界经济危机影响，VCM对高性能钕铁硼永磁材料的需求量也大幅下降。但随着世界经济的复苏，全球硬盘需求量逐步增加，VCM对高性能钕铁硼永磁材料的需求亦同步增加，到2014年我国VCM市场对高性能钕铁