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行业研究报告:2024年全球及我国稀土永磁材料行业发展概况及发展趋势分析预测-中金企信发布

报告发布方:中金企信国际咨询《2025-2031年中国稀土永磁材料行业市场环境分析及市场前景评估报告-中金企信发布

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1、稀土永磁材料的基本情况

1)稀土永磁材料的基本概念及应用原理

磁性材料系由一系列可直接、间接产生磁性的物质形成的材料,元素铁、钴、镍及其合金等。根据磁化后再出现退磁的难易程度,磁性材料可分为软磁材料和硬磁材料,其中:软磁材料经外加磁场后易磁化从而产生磁性,但离开外加磁场后极易退磁,通常仅用于导磁,如变压器铁芯、磁路轭铁等;硬磁材料经外加磁场充磁、达到磁饱和后即形成较高的矫顽力和磁能积,脱离外加磁场后仍可保持较强的内生磁场和磁性能,可持续、稳定帮助下游领域实现电能与机械能间的能量转换、电信号转换等功能,在当今全球生产、生活中广泛应用,亦称永磁材料。

常见的永磁材料包括三类,即金属合金永磁材料、铁氧体永磁材料和稀土永磁材料。其中,稀土永磁材料以稀土金属元素RE(Sm、Nd、Pr等)和过渡族金属元素TM(Fe、Co等)所形成的金属间化合物为基础,是目前磁性能较好、综合性能较优、发展较为迅速的永磁材料,被称为永磁材料的“皇冠”2。稀土永磁材料可显著提升下游产品的性能与效率,已经成为现代社会不可或缺的关键基础材料。根据物理学中的洛伦兹力定律、法拉第电磁感应定律、安培定律、磁库仑定律以及材料的其他磁效应原理,稀土永磁材料的应用分为如下几大类:

永磁电机

根据能量转换方向,永磁电机可分为永磁发电机和永磁电动机,前者主要将机械能转换为电能,后者将电能转换为机械能。在永磁电机中利用永磁体进行激磁,不仅降低了电力消耗,达到节约能源的目的,还可改善电机的运行性能,使电机具有省铜、省电、重量轻、体积小、比功率高等优点。永磁电机的品种繁多、应用广泛,容量小至几分瓦,大至数兆瓦,广泛应用于包括新能源汽车、风力发电、3C消费电子、家用电器、航空航天、机械仪器等诸多领域。

②磁力机械

利用磁体同极性排斥力或异极性吸引力实施工作的机构统称磁力机械,主要应用于矿山机械、磁性轴承及磁性分离技术等领域。具体而言,矿山机械领域多用于磁力传动器,磁性轴承多用于陀螺仪、超高速离心机和涡轮机等,磁性分离技术领域主要用于铁磁性金属和非铁磁性金属的选矿或分离。

③航空航天、核磁共振等尖端科技

稀土永磁材料亦可应用于航空航天和尖端科技领域中的卫星通信和卫星广播、卫星推进器、自由电子激光器等领域。卫星通信和卫星广播所用的微波管主要依靠低温度系数的钐钴等稀土永磁材料作为磁场源;在卫星的离子推进器中,稀土永磁体在电离室中产生轴向磁场,使氙离子在高压静电场的作用下加速,产生推力,推动卫星前进。自由电子激光器等尖端科技产品亦有赖稀土永磁材料发挥关键功能。

④传感器及磁效应

智能制造等领域大量应用磁性传感器,利用磁性或半导体材料的磁电、磁光、磁热、磁力等效应,以检测磁场、电流、功率、位置、位移、速度和力等物理量。稀土永磁材料亦凭借其磁效应,在信号传输工程、磁化技术以及核磁共振领域中广泛应用。

2)稀土永磁材料的主要类别

上世纪六十年代以来,稀土永磁材料快速发展。1967年,美国发明了钐钴SmCo5,标志着稀土永磁材料的诞生,被业界认定为第一代稀土永磁材料。1977年,日本发明了第二代稀土永磁材料钐钴Sm2Co17。其后,世界各国一直在研究成本更低,磁性能优良的稀土永磁材料。1983年,美国、日本成功发明了第三代稀土永磁材料钕铁硼Nd2Fe14B。钕铁硼Nd2Fe14B和烧结钐钴SmCo5、烧结钐钴Sm2Co17共同构成当前稀土永磁材料应用的主要类别。

从性能上看,在一般的工作温度和工作环境中,钕铁硼的综合磁性能显著较强,但在少数温度较高以及较恶劣的工作环境中,烧结钐钴的适应性更佳。因此,烧结钐钴仅在航空航天、军工中的少数工作温度较高的领域拥有优势,钕铁硼则凭借更优的综合磁性能,实现了广泛应用与快速发展,被称为“万磁之王”。

根据制备方法及用途的不同,当前钕铁硼永磁材料主要分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼、热压/热变形钕铁硼三类。

粘结钕铁硼是将快淬钕铁硼永磁粉末与树脂混合,经压制成型后形成的各向同性磁环产品,工艺简单、造价低廉、尺寸精度较高,但磁性能较低、机械强度较弱,因而当前产量较小,主要应用于办公室自动化设备、电装机械、视听设备、仪器仪表和小型马达等对磁性能要求较低或磁体形状特异的领域。

热压/热变形钕铁硼将快淬钕铁硼磁粉通过热挤压、热变形工艺实现磁体致密和易磁化方向重排,形成辐射取向环产品,致密度高、取向度高、矫顽力高、耐腐蚀性好,但制备成本较高,技术工艺仍待优化,当前应用仅局限于小微电机的部分领域,尚未形成较大的产业规模。

烧结钕铁硼采用粉末冶金工艺,将钕铁硼粉末在磁场中取向后压制成形,而后在惰性气体或真空中烧结,达到致密化,再进行时效热处理、机加工与表面处理制成。烧结钕铁硼取向度、综合磁性能较高,加之生产工艺成熟、成本适中,当前其产量占所有稀土永磁材料的比重超过90%,广泛应用于新能源汽车及汽车零部件、风力发电、节能家电、工业电机、3C消费电子、智能制造、航空航天、轨道交通、医疗器械等诸多领域。

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数据整理:中金企信国际咨询

3)烧结钕铁硼、烧结钐钴的性能与系列

综合磁性能是烧结钕铁硼、烧结钐钴等一切磁性材料的核心性能,主要通过内禀矫顽力、最大磁能积和剩磁三项指标衡量。此外,业内亦通过最高使用温度指标衡量磁性材料在使用过程中的耐高温性。烧结钕铁硼等磁性材料的关键性能指标具体如下:

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数据整理:中金企信国际咨询

随着下游新兴、前沿应用领域对稀土永磁材料磁性能要求的提高,以及行业配方水平、工艺水平的进步,烧结钕铁硼逐步向高牌号、高性能、高质量发展。

2、行业发展趋势

1)高性能稀土永磁材料的市场需求及市场份额将加速扩大

近年来,党和国家坚持创新、协调、绿色等发展理念,深入推进创新驱动型战略和可持续发展战略。随着《国家创新驱动发展战略纲要》、《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》、《“十三五”节能减排综合工作方案》、《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》等一系列政策的落地实施,以及“2060碳中和”目标指导下低碳经济的蓬勃发展,我国产业结构不断优化,汽车、3C消费电子、节能家电等行业产品换代与产业升级趋势明显,新能源汽车、风力发电、智能制造、轨道交通、航空航天等战略性新兴产业亦加速成长。

稀土永磁材料具有无源(无需额外耗费电能提供外加磁场)、无接触(隔空使用,磨损小)、结构简单(节省附加材料与空间,体积小、重量轻)、节能环保(电磁转换过程中能量损耗小)及稳定可靠(维护简单,寿命长)等优点,成为汽车EPS核心部件及ABS系统、3C消费电子设备、节能电梯永磁同步曳引机、变频空调压缩机、新能源汽车永磁驱动电机、永磁直驱风机、机器人高精度伺服电机、轨道交通牵引电机、航空航天用直流电机等关键组件必须的核心材料。前述行业不断扩张、升级的同时,对稀土永磁材料的磁能积、矫顽力、剩磁等磁性能的要求越来越高,与之相匹配的高性能稀土永磁材料的市场需求将加速扩大。未来,高性能稀土永磁材料的产销量将保持高速增长,市场份额有望加速提升。

2)稀土永磁材料技术将沿高性能、高性价比方向加速发展

在全国乃至全球经济提质、降本、增效的大趋势下,下游行业的能源绿色化、用能高效化、装备轻量化、器件小型化需求凸显,推动稀土永磁材料沿更高性能、更高性价比方向发展。其中,高性能包括高综合磁性能(高磁能积、高矫顽力、高剩磁、耐高温性)与良好耐腐蚀性,资源低耗包括低材料成本(重稀土减量、高丰度稀土替代、资源再利用)与低加工成本(镀层经济性、加工集约化)等,具体如下:

①晶界扩散技术与晶粒、晶界改性技术的规模化与产业化

在传统烧结钕铁硼生产工艺中,镝、铽等重稀土元素虽然可以提高内禀矫顽力,但产品剩磁指标会降低。晶界扩散技术可以在保持剩磁基本不降低的前提下,提高产品的内禀矫顽力,同时减少重稀土用量,促进稀土资源的均衡利用,对行业技术进步和产业化结构升级具有重要意义。

②生产设备不断优化升级、自动化水平不断提高

高性能稀土永磁材料客户对产品的一致性和可靠性要求不断提高,部分高端客户要求产品具有全过程可追溯性。未来行业将对生产、检验等设备进一步优化和升级,提高生产设备的自动化、智能化水平,以满足下游客户的需求。

③表面处理工艺技术装备更加环保高效

由于稀土永磁材料具有易腐蚀的缺点,随着稀土永磁材料应用领域的日益广泛,要求稀土永磁材料在具有较高磁性能的同时,还需具备较强的耐蚀性,包括耐湿热、耐盐雾、耐油性等。在绿色环保及节能减排的发展背景下,表面处理技术及装备将向更环保、更高效方向发展。

④高丰度、低成本稀土永磁材料应用技术的开发及产业化

目前高丰度、低成本稀土元素如镧、铈等在稀土永磁材料中的应用仍然相对较少,造成镧、铈等高丰度稀土的囤积和浪费。在稀土永磁领域,利用高丰度、低成本的轻稀土元素替代镨钕稀土元素已成为重要趋势。未来,促进高丰度稀土元素(镧、铈等)在稀土永磁材料中应用的技术研究将持续深化,并逐步产业化,进一步提高稀土永磁材料的性价比。

3)生产过程将向集约化、绿色化转型

“十三五”材料领域科技创新专项规划》指出:“制备及应用过程绿色化是材料研发的重要方向”;“通过基础材料的设计开发、制造流程及工艺优化等关键技术和国产化装备的重点突破,实现重点基础材料产品的绿色高效低碳生产”。《新材料产业发展指南》指出:“大力推进材料生产过程的智能化和绿色

化改造,重点突破材料性能及成分控制、生产加工及应用等工艺技术,不断优化品种结构,提高质量稳定性和服役寿命,降低生产成本,提高先进基础材料国际竞争力”。未来,稀土永磁材料等新材料生产过程将逐步向集约化、绿色化转型。

目前,稀土永磁材料行业已出现部分企业,尝试在生产活动中的各个环节引入信息化管理系统、电子化采集与识别设备、智能化制造装备,细化各工艺流程与操作环节的管控,以提高产品质量与生产效率;积极推动生产活动中的重稀土元素减量、高丰度稀土替代、能耗控制、回收利用等,以践行绿色化。未来,生产过程的集约化与绿色化将进一步成为稀土永磁材料行业的重要竞争要点与发展方向,吸引更多的企业加大投入,并参与其中。

 


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