“现代永磁之王”钕磁体到底是啥？
“现代永磁之王”钕磁体到底是啥？
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“现代永磁之王”钕磁体到底是啥？
首先，还得从钕磁体这一主角开始说起。
提到磁铁，相信很多人都很熟悉，但不为大多数人所知的是，它几乎存在于所有事物中。尤其是其中能长久保持磁性的 永磁体 。
小到我们日常使用的智能手机、音响，大到电动汽车、红外制导导弹，永磁体成为大多数电力系统中不容或缺的部分。
前阵子美国发现在F-35战斗机的发动机用了中国产的合金磁铁，于是不得不暂停交付。
这其中，钕磁体，也叫做 钕铁硼（NdFeB）合金 ，是目前世界上磁性最强的永磁材料，可吸引远重于自身重量1000倍的物体，有着“现代永磁之王”的美誉。
而且它的体积小、质量轻、能量密度高、稳定性强，可以以较低的成本产生更多的单位功率，饱受行业偏好，主要应用领域包括：汽车、风力发电、智能手机、机器人、计算机硬盘、军用设备等。
△ 图源：Macro Polo智库
2019年，相较于其他永磁材料，市场占比高达65.8%。而这种趋势随着清洁能源转型的推动，将变得更加突出。
报告显示，未来十年，假设没有重大技术突破，仅电动汽车和风力涡轮行业，就将推动80%的高性能钕磁体的需求，两个行业需求增长400%。
这其中又以电动汽车为典型。
首先，汽车行业本身就是钕磁体最大的需求方，2019年就占总需求的49.3%。 （其中，燃油车占比37.5%）
△ 图源：Macro Polo智库，资料来源：华宝证券
而电动车所需的钕磁体则远高于燃油车的10倍以上，在未来，电动汽车的逐步渗透几乎是可以预见的。
因此电动汽车对钕磁体的需求将会呈现出爆发式增长，据华宝证券估计，2019年到2025年，电动汽车对磁铁的需求预计增长600%，超过35000吨。
目前，全球只有十几家（中国有八家公司）具备为向特斯拉等汽车公司提供相应的产品和质量的能力。
这么重要的钕磁体以及可预见的爆发式需求，也就不难理解美国此举。
但如果翻开整个钕磁体的发展历程，美国曾经在产业链上有着举足轻重的位置。
美国曾主动放弃钕磁体产业
上世纪八十年代，美国的通用汽车和日本的住友几乎同时研发了钕铁硼化合物。一经推出，大家都惊叹于它的强大，并有意将它推向更多应用。
但不同的是，两家企业采用了不同工艺。美国坚持使用 粘结钕磁体 ，日本则采用 烧结工艺 。
放在当时，粘结工艺应用广泛价格便宜；但烧结可以产生很强大的功率，因此更受到行业热捧。
如今，烧结钕磁体成为综合性最强的材料，前面提到的应用场景也基本上采用这个工艺。
因为没有受到行业青睐，通用汽车于1995年将磁铁子公司出售给了一家由中国公司组成的财团；并于2001年关闭了所有在美国的生产线。
从这张图可以看到，在80年代，美国钕磁体产量最高还占到了25%，位列全球第二。
△ 图源：Macro Polo智库
而这时候，中国早已解决规模生产问题。在2000年后正式超越日本，成为全球钕磁体生产份额第一的国家。
众所周知，我国是稀土资源大国。资源等方面带来的优势，使得过去几十年来，我国稀土永磁材料在研制和生产上都发展神速。
2000年代中期，中国占全球钕磁体产量的近80%。
经过二十余年发展，如今我国几乎占据了整个稀土永磁体产业链。拥有近 60% 的开采量，超过 85% 的加工能力，产量占比超过 90% 。
国内产业链上，上游稀土开发集中在内蒙古、四川、江西等地，生产制造集中在浙江。代表企业有中科三环、金力永磁、正海磁材等。
其中，中科三环隶属中科院，是国内最大的烧结钕磁体生产制造商。2022年公司烧结钕铁硼的产能为2万吨，并计划在今年继续扩产1万吨。
金力永磁毛坯产能达到2.3万吨，并还在进一步扩建产线。
相比之下，美国的钕铁硼生产制造十分冷清。时至今日，美国没有一家大型企业有钕铁硼制造业务，对钕磁体的依赖非常严重。
其钕磁体进口总量中， 75%来自中国 ，9%来自日本，5%来自菲律宾，4%来自德国。
这使得海外企业在使用钕磁体上非常慎重。
比如美国能源局一份研究报告指出，特斯拉一开始没有选用永磁体电机技术路线，就是因为担心供应链问题。
不过生产制造方面占据主导地位，并不意味着我国稀土永磁体产业就已经形成绝对长久优势。
因为在专利技术方面，我国很多企业都还是 从日本拿授权 。
日立金属公司在全球保有600多项烧结钕铁硼专利，几乎垄断了从钕铁硼成分到烧结生产全流程的专利。
目前日立金属仅把高端烧结技术授权给了我国8家企业，其中就有上面提到的中科三环、正海磁材。
这意味着，国内仅有4%的稀土永磁体企业可以生产高性能磁体。其余大多数企业，只能生产中低端产品，这在一定程度上还会造成产能过剩。
据2018年数据，我国生产的近16万吨钕磁体中，只有 15% 被认为是高性能磁体。
而统计截至2018年的数据，中国生产了全球87%的钕磁体，但高性能类型占总量的48%，其余来自日本和德国。
One More Thing
尽管研发起步落后于欧美日本，但我国一直在稀土永磁体研发上奋起直追。
这其中还有则趣事——
1983年，日本住友公司金子秀夫教授宣布，他们发明了第三代稀土永磁材料，其磁能体积高达36MGOe，也就是钕磁体。
当时，我国材料科学家 谢宏祖 提问：
先生，钕铁是组不成合金的，还有什么元素？
金子秀夫教授笑而不语。
最后，在美国物理学会第29次磁学与磁性材料年会上揭晓答案，即Nd2Fe14B。
之后，正是这位向金子秀夫提问的中国科学家，带领团队在采用低氧工艺实验室，研制出了最大磁能体积为52.2MGOe的钕铁硼永磁材料，达到了当年世界最高水平。
1994年，丁肇中院士为美国宇航局寻求高性能磁体时，选中的也是谢宏祖发明的永磁体材料。
△ 著名稀土永磁体专家谢宏祖
据了解，谢宏祖曾被评为国家科技进步一等奖一次，国家三等发明奖一次，国家“七五”攻关优秀个人奖，并被评为有突出贡献的中青年专家，享受政府特殊津贴。
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