日本高性能磁体市场.docx
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日本高性能磁体市场
当前NdFeB磁体市场的大趋势
摘要经历了18年迅猛发展的NdFeB磁体产业，随着新千年的到来,结束了其初期的暴利阶段，而迎来了薄利多销的成熟发展时期。
发达国家NdFeB磁体产业对计算机产业的过分依赖，造成市场的巨大震荡。
近年日、美、欧经济持续低迷，更增加了磁体产业的困难，磁体厂家的关、停、并购极为频繁，磁体产业结构变化迅速，一些新公司的名字尚未被人们所熟悉，却已经消失了。
此外，生产成本的增高，迫使许多厂家，包括一些知名的公司停止材料生产，转向附加值高的下游器件的生产。
磁体的生产多转移到包括中国在内的发展中国家。
总之，发达国家磁体生产的萎缩和向发展中国家的转移已是历史的必然。
本文分别简要评述粘结和烧结磁体的最新进展及其发展趋势，最后对比中国与发达国家磁体用途的差别，并着重讨论磁体的应用和市场趋势。
关键词NdFeB粘结磁体，NdFeB烧结磁体，磁体的应用
1.磁体的开发与制备
1.1粘结磁体
A.粘结NdFeB磁体
MQI最近已购买了两家磁体工厂，一家工厂在德国，以生产粘结NdFeB磁体为主，另一家则在美国生产烧结NdFeB磁体，在欧洲有研究与开发部，在马来西亚有器件组装厂。
此举措表明MQI试图将自己定位于“集成的磁材供应商”，而不是单纯的磁粉供应者。
此外，MQI与其最大的磁粉用户—日本的大同制钢正联合生产热变形磁体（MQ-3）。
这样一来，势必使MQI与其磁粉用户直接竞争，后者担心MQI凭借他在磁粉供应上的垄断地位把他们挤出局外。
我在2001年5月和12月两次访问日本时发现，此种担心普遍存在于MQ粉的用户中。
访日期间，见到除MQ粉以外的其它磁粉，包括各向异性的HDDR粉（爱知制钢，三菱金属，住友特殊金属），Sm-Fe-N粉（住友金属矿山，日立公司、东芝公司、日亚化工），以及纳米复合材料粉等各向异性磁粉均已商品化。
其推广使用速度的迅猛，实在令我惊讶。
说实话，这在某种程度上是MQI逼出来的！
三菱金属在90年代初最早开发制备各向异性NdFeB磁粉的HDDR工艺，由其在美国的子公司—NEOMET进行生产。
为将HDDR磁粉推向市场，三菱金属、住友特殊金属和MQI达成三方交叉许可协议。
当时MQ仍属于GM公司，三菱金属是GM汽车钢板的最大供应商，彼此关系密切。
三菱金属更着眼于MQ的销售渠道，遂将销售权交给MQI。
而此时MQI已脱离GM，由于担心HDDR磁粉对MQ粉构成竞争，尽管HDDR粉的成本因其生产工艺的改进已大为降低，却仍维持高价。
结果自1995-1998连续三年，基本没有任何销售，NEOMET被迫关闭。
目前，三菱金属仅在日本维持小量HDDR粉的生产。
早期HDDR磁粉的生产虽然受挫，但研制各向异性NdFeB磁粉的活动并未停止，近来已取得显著进展：
日本爱知制钢开发了不加Co，而精密控制氢化不同阶段氢气压力的动态-氢化-歧化-脱氢-再结合，即d-HDDR工艺，它与HDDR工艺的差别列于表1中。
d-HDDR工艺制备各向异性NdFeB磁粉的有效性远远高于早期的其它工艺，爱知制钢因之成了此领域内的后起之秀。
总的来说，磁粉的磁能积（BH）是反应速率的函数，但初始速率越低，则能达到的（BH）峰值越高。
实验表明，HDDR磁粉的磁能积与氢化时的反应速率密切相关：
反应速率越低性能越好，反之，反应速率越快，性能越差。
而反应速率直接由反应室内氢气压力控制，如图1所示。
表1d-HDDR与HDDR工艺的差别
d-HDDR
HDDR
动态的
平衡态的
各向异性产生原理
1）通过中间相NdFeBHx控制反应速率
2）没有添加Co
1）添加Co（17%）
2）靠高的氢气压力完成相转变
化学反应式
氢化歧化
NdFeB+H2———NdFeBHx———NdH2+Fe2B+αFe
脱氢中间相再结合
吸氢/相变
NdFeB+H2————NdH2+Fe2B+αFe
脱氢/相变
氢气压力控制
反应温度：
820OC
_a___1.4x105Pa
l______b_____3x104Pa
lc_3x103Pa
l
l
l
l
ld~10-2Pa
1hr3hr0.25hr0.5hr
反应温度：
820OC
______a_______1x105Pa
I
I
l
l
l
l
l___b~10-2Pa
3hr0.5hr
慢————————氢化反应速率————————快
图1氢化反应速率对磁粉磁能积（BH）max的影响
爱知制钢开发了MAGFINE20及MAGFINE18两个牌号的d-HDDR磁粉，前者能制备磁能积高达20MGOe的粘结磁体，后者则能制备使用于140OC的粘结磁体。
此种磁粉的磁性与传统HDDR磁粉性能的对比列于表2。
表2d-HDDR与HDDR磁粉性能的对比
d-HDDR工艺HDDR工艺
MAGFINE20
MAGFINE18
MQA-T
（BH）max,kJ/m3
MGOe
318kJ/m3
40MGOe
247kJ/m3
31MGOe
239kJ/m3
30MGOe
IHC,kA/m
Koe
955kA/m
12kOe
1432kA/m
18kOe
955kA/m
12kOe
Br,T
KG
1.32T
13.2kG
1.18T
11.8kG
1.15T
11.5kG
生产者
爱知制钢
爱知制钢
MQI
爱知制钢也推出牌号为MF20、MF18的压制成型磁体和注塑成型MF15等系列磁体产品，如表3所示，相应磁体的退磁曲线则示于图2。
值得注意的是，用d-HDDR粉制备的注塑成型磁体，其性能优于用MQ粉压制成型的磁体的。
表3各向异性与各向同性NdFeB粘结磁体的性能比较
各向异性NdFeB磁体各向同性NdFeB磁体
MF20
MF18
MF15
Neo10
Neo6
成型工艺
压制
压制
注塑成型
压制
注塑成型
最大磁能积 （BH）max,kJ/m
MGOe
159
20
143
18
119
15
80
10
48
6
剩磁Br,T
kG
0.98
9.8
0.93
9.3
0.83
8.3
0.69
6.9
0.57
5.7
内禀矫顽力IHC，kA/m
kOe
1034
13
1512
19
1034
13
716
9.0
716
9.0
Br的温度系数α，%/K
-0.13
-0.13
-0.13
-0.11
-0.11
IHC的温度系数β，%/K
-0.50
-0.45
-0.50
-0.40
-0.40
居里温度Tc,oC
310
310
310
360
360
价格/磁能积比
6.0
8.3
8.0
10.0
16.7
图2各向异性NdFeB粘结磁体的退磁曲线
总之，与MQ粉相比d-HDDR粉在等同价格下磁性能两倍于MQ粉，用于电机时，节能30%；力矩提高40%；体积减小30%。
难怪，许多MQ的用户都看好HDDR磁粉，并用它制作磁环，用于各类电子器件、家用电器中。
爱知钢铁公司宣布已完成各向异性粘结NdFeB磁粉的科研开发，并已投入批量生产。
用这种高性能磁粉制作的磁体与当今同类产品相比，价格相同而磁力为当今产品的两倍。
其每颗粉粒内的晶粒的取向相同，因此用它可制备各向异性粘结磁体，其磁能积两倍于成份相同的各向同性磁体。
它与环氧树脂混合后可压制成磁体，其最大磁能积可达20兆高奥,是各相同性粘结磁体的两倍。
此种磁粉的售价预计为5000-6000日元/公斤（$42-50/kg），即几乎与MQ粉的价格相同。
爱知钢铁公司计划逐步扩产：
2001年生产磁粉200吨，2002年生产磁粉600吨，2003年扩大到3000吨以上。
同时已与丰田汽车集团合作，研制用于智能高速公路导向系统（ITS）的磁性指示器等磁性器件。
日本Mate公司采用尼龙12为粘结剂，与MQ粉混炼成供注塑成型用的复合材料，已批量生产，其牌号见表4。
近年采用尼龙12为粘结剂，取代原来普遍使用的尼龙6，主要原因在于尼龙6的吸水性太强，连空气中的水分都能吸收，影响粘结磁体尺寸的精度。
而尼龙12甚至泡在水中都不受影响。
表4注塑成形用MQ复合材料
牌号
RIN-40
RIN-50
RIN-60
RIN-70
RIN-80
RIN-90
RIN-PS70
粘结剂
尼龙12
尼龙12
尼龙12
尼龙12
尼龙12
尼龙12
PPS
Br,kG
4.35
4.815
5.35
5.78
6.4
6.695
5.8
bHC,kOe
kA/m
3.85
306
4.17
332
4.3
345
4.72
375
5.01
399
5.29
421
4.7
374
IHC,kOe
kA/m
9.4
748
9.3
740
9.1
724
8.9
708
8.875
706
8.995
716
8.75
696
（BH）,kJ/m3
MGOe
33.4
4.2
39.8
5.0
48.5
6.1
55.7
7.0
66.1
8.3
72.2
9.1
55.7
7.0
密度g/cm3
4.2
4.7
5.1
5.34
5.5
5.63
5.1
成型收缩率
0.60%
0.50%
0.42%
0.40%
0.35%
0.30%
0.30%
B.Sm-Fe-N磁粉与磁体
住友金属矿山成功实现用还原/扩散法大规模生产各向异性Sm-Fe-N磁粉。
住友金属矿山与MagX公司密切合作，成功用磁场取向挤压工艺制备弹性粘结薄板磁体，其最佳性能可达10.5MGOe,是理想的微电机磁心材料。
注塑成型的各向异性Sm2Fe17N3磁体的典型退磁曲线示于图3。
其磁性为：
Br=7.9kG,IHC=7.2kOe,（BH）max=111kJ/m3=13.9MGOe。
图3各向异性Sm2Fe17N3磁体的退磁曲线
据悉目前在北海道的生产能力为10吨/月，只要有市场需求，能迅速扩大到30吨/月。
此生产线实际上是90年代初为用还原/扩散法大规模生NdFeB粉而建立的。
用此粉可生产高牌号烧结NdFeB磁体，而材料成本远低于传统的合金锭。
可惜因专利障碍，此项目未能实现，后转而生产SmFeN。
与MQ粉相比SmFeN的另一优点是，时效处理后的不可逆损耗低，例如80OC时效处理1000小时后MQ粉注塑的磁体不可逆损耗为-5%，而SmFeN的仅为-3%。
80OC，相对湿度90%时效处理1000小时后MQ与SmFeN注塑成型磁体的不可逆损耗分别为-7%和-4%。
MagX制备的Sm2Fe17N3粘结磁体已商品化，其牌号规格列于表5。
表5各向异性Sm2Fe17N3挤压成型粘结磁体的性能
SFN-6
SFN-8
SFN-10
剩磁（Br）,T（G）
0.54（5400）
0.63（6300）
0.695（6950）
矫顽力（bHC）,kA/m（Oe）
342（4300）
406（5100）
466（5850）
内禀矫顽力（IHC）,kA/m（Oe）
891（11200）
884（11100）
876（10900）
最大磁能积kJ/m3
（BH）maxMGOe
49.4
6.2
67.7
8.5
83.6
10.5
可逆温度系数α（Br）,%/K
β（Hc）,%/K
-0.05
-0.45
-0.05
-0.45
-0.05
-0.45
密度ρ，g/cm3
4.5
4.7
4.9
还开发了与铁氧体磁粉混合的系列产品，若添加35%或60%（重量）的铁氧体粉，则混合磁体的磁能积分别为5MGOe或3.2MGOe。
添加量不同则磁性也各异，图4给出添加量不同的混合磁体的退磁曲线。
混合型磁体的另一优点是不可逆温系数的连续可调性，以140OC下的初始不可逆磁通损耗为例，SmFeN的为-8%，而掺35%或60%铁氧体粉的磁体，其可逆磁通损耗则分别降为-4%或-2%。
总之，混合型磁体的推出给人们更多的选择。
图4SmFeN/铁氧体混合注塑成型磁体的退磁曲线
日立公司则生产各向同性的SmFeN粉，并开发制备轧制、压制、注塑成型的各向同性SmFeN粘结磁体，其性能列于表6。
与ＭＱ磁粉相比，其磁性能相当，此外，各向同性的SmFeN粉有许多优点，首先，其粉粒是等轴，而非鳞片，有利于成型；其次，SmFeN粉的居里温度高而其温度系数低。
目前由于Nd与Co的价格低，此材料的价格和MQ粉的相当，可谓MQ粉的最佳代用品。
表6轧制、压制、注塑成型的各向同性SmFeN粘结磁体
成型工艺
扎制成型
轧制成型
压制成型
压制成型
注塑成型
牌号
HSB-RA
HSB-RB
HSB-CA
NdFeB
HSB-MA
Br,kG
3.9
4.7
5.6
6.0
4.4
bHC,kOe
3.3
3.8
4.9
5.0
3.6
IHC,kOe
9.6
9.7
10.7
9.0
9.3
（BH）max,MGOe
3.2
4.5
7
8
4
温度系数α（Br）,%/K
β（Hc）,%/K
-0.06
-0.4
-0.06
-0.40
-0.06
-0.40
-0.12
-0.41
-0.09
-0.44
居里温度Tc,OC
498
498
498
350
498
密度ρ，g/kg
4.9
5.5
6.2
6.2
5.1
不同类型粘结磁体磁能积与密度的对比列于表7。
由表7不难看出，各向异性NdFeB、SmFeN和铁氧体磁粉的商品化，极大地扩展了粘结磁体的类别及性能跨度。
目前，人们已能在1-20MGOe的范围内根据用途自由选用合适的粘结磁体，不必仅限于MQ磁粉与铁氧体磁粉的狭小天地内。
表7不同类型粘结磁体的磁能积与密度
磁材类型
最大磁能积（BH）max
kJ/m3MGOe
密度ρ
g/cm3
各向异性SmFeN（注塑成型）
46-1065.8-13.3
3.4-4.8
各向异性SmFeN/铁氧体操（注塑成型）
32-564-7
3.8-4.4
各向同性SmFeN（压制成型）
567
6.2
各向同性SmFeN（注塑成型）
324
5.1
各向同性SmFeN（轧制成型）
26-364.5-3.2
4.9-5.5
各向异性NdFeB（d-HDDR磁粉注塑成型）
119-15915-20
4.8-5.2
各向同性NdFeB（MQP-B压制成型）
62-907.8-11.3
5.5-6.3
各向同性NdFeB（MQP-B注塑成型）
32-624-8
4.2-5.6
各向异性铁氧体（注塑成型）
12-231.5-2.9
2.9-3.8
各向同性铁氧体（轧制成型）
101.2
3.5
近几年粘结磁体领域取得的进展，的确令人鼓舞，首先它突破了由MQI一统天下的局面。
垄断的打破，给愁云满布的粘结磁体产业以柳暗花明之感。
各类新磁粉的相继上市，不仅为人们提供了更多的选择，更刺激了人们研究与开发的热忱。
新工艺、新品种的面市绝非偶然。
当前展现在我们面前的繁华景象预示多元化纪元的开始，这里再没有磁粉供应的垄断，或一家说了算的情况。
有的是理性的合作与竞争，每人根据其贡献将得到应有的回报。
MQI享有的垄断地位业已遇到来自两方面的挑战：
首先，是磁粉类型的多元化，MQ磁粉不再是制备粘结磁体的唯一可选材料，几种其它类型的磁粉业已商品化。
其次，是磁粉来源的多元化，鉴于MQI维持高价位及在磁粉售价方面的奇特行径，即对某些用户群的价格歧视，迫使用户另找货源。
快淬NdFeB磁粉生产厂家在中国，俄国和泰国的建立已是公开的密秘。
他们的产品性能一般与MQ粉相当，而售价却远比MQ粉低，服务也好。
现有传闻，日本的一些磁粉大用户迫于形势，正准备自己生产磁粉。
面对好景不再的局面，MQI的领导人是否应认真反思一下，不要一味地怪罪别人，难道当前的苦果，不正是自己酿造的吗？
1.2烧结NdFeB磁体
近年烧结NdFeB作为商品磁体的性能又有了提高，据日本厂家宣称磁能积52MGOe的磁体已成为商品。
日本住友、信越和日立公司生产的烧结NdFeB磁体最高牌号分别列表于下，供参考。
值得注意的是，磁体性能的提升仍沿高磁能积、高矫顽力两个方向进行。
三年前我提到高牌号的判别式是：
（BH）max（MGOe）+IHC（kOe）=60
看来现在应改为62或64，或起码应将“=”改为“≥”。
表8住友特殊金属公司生产的烧结NdFeB磁体最高牌号
（BH）MAX
MGOe
Br
KG
IHC
kOe
bHC
kOe
αβ
%/K%/K
Ρ
g/cm3
NEOMAX-50
47-51
13.9-14.5
11
10.5-13
-0.11-0.59
7.5
NEOMAX-48BH
45-49
13.6-14.2
14
12.8-13.8
-0.11-0.58
7.5
NEOMAX-46H
43-47
13.3-13.9
16
12.5-13.4
-0.11-0.58
7.5
NEOMAX-39SH
36-40
12.3-12.9
21
11.6-12.6
-0.11-0.55
7.5
NEOMAX-38VH
36-40
12.2-12.8
25
11.7-12.5
-0.10-0.49
7.55
NEOMAX-35VH
33-37
11.7-12.3
28
11.3-12.1
-0.10-0.48
7.55
NEOMAX-32EH
30-34
11.1-11.9
30
10.5-11.5
-0.09-0.45
7.6
最近，住友特殊金属公司开发了矫顽力>30kOe的AV系列。
看来单纯追求高磁能积已无必要，提出的口号是“高性能、高耐热磁体”，即可稳定使用于180–220oC的高矫顽力磁体。
详见本集“从日本磁体产业现状看今后的发展趋向”。
表9信越公司生产的烧结NdFeB磁体最高牌号
（BH）MAX
MGOe
Br
kG
IHC
kOe
bHC
kOe
αβ
%/K%/K
Ρg/cm3
N48
44-49
13.5-14
11
10.3
-0.10-0.61
7.5
N45M
42-46
13.3-13.8
14
12.2
-0.10-0.60
7.5
N42H
39-43
12.8-13.3
16
12
-0.10-0.59
7.5
N39SH
36-40
12.3-12.9
21
11.6
-0.10-0.55
7.5
N34UH
32-37
11.4-12.0
25
10.8-11.6
-0.09-0.50
7.5
N32Z
29-33
11.1-11.7
30
10.5
-0.10-0.45
7.5
2001年在日本所有烧结NdFeB磁体厂家中信越公司是唯一获利的，除它从原料处理开始，能承受更多的降价压力外，有一点值得注意，该公司与住友不同，其研究开发不以创记录为目的，不盲目追求高磁能积，而是以市场需求为导向，生产适销对路，价廉物美的磁体，因而在瞬息万变的市场中能立于不败之地。
表10日立公司生产的烧结NdFeB磁体最高牌号
（BH）MAX
MGOe
Br
kG
IHC
kOe
bHC
kOe
α
%/K
Ρ
g/cm3
HS-47AH
43-49
1.35-1.43
14
12.8-14.1
-0.13
7.5
HS-44CH
40-45
13.0-13.8
17
12.3-13.6
-0.12
7.5
HS-40DH
37-42
12.5-13.3
21
11.8-13.1
-0.12
7.5
HS-36EH
33-38
11.8-12.6
25
11.1-12.4
-0.11
7.5
近年中国NdFeB烧结磁体的性能也有明显改进，一方面是各工艺环节的改进，另方面更得益于准速凝合金的采用。
虽然国产速凝薄片的大量生产供应估计还有一年左右时间，但双面水冷厚10mm的铸锭，已得到广泛的采用，国产磁体的性能因之有了明显的提高。
已有厂家用这种准速凝合金稳定地生产磁能积48MGOe的磁体。
近一年内，除三环公司外已另有三家中国NdFeB厂家取得SSMC和MQI的专利许可，他们是：
北京京磁技术公司（BJMT）于2000年3月取得，北京清华银钠技术创新公司（THINOVA）于2000年9月获得，宁波韵升强磁公司（Yunsheng）于2001年3月获得。
四家被许可者的产量约占中国总产量的一半。
此外，台湾的海恩公司也于2000年3月取得住友专利。
各类磁体增长率的高低反映其市场需求的强弱。
2000年，中国粘结磁体异常高的增长幅度，除市场需求旺盛外，主要由于日本部分厂家的迁入。
中国粘结NdFeB磁体产量由180吨（1999）猛增到620吨（2000），这恰与日本产量由1270吨（1999）锐减到700吨（2000）形成鲜明对比。
2001年日本的粘结NdFeB磁体产量进一步降为非作歹95吨，中国的粘结NdFeB磁体产量则升至720吨。
这是当前磁体生产由发达国家迁往生产成本低廉国家的大趋势的又一例证。
据统计2000年中国稀土磁体的总产量为6,850吨（不包括日资在华企业生产的400吨粘结NdFeB磁体），具体情况如下：
NdFeB烧结磁体：
6,500吨（磁块）年增长率+35%
NdFeB粘结磁体：
220吨（620吨）年增长率+22%（+244%）
Sm-Co磁体与磁粉：
130吨年增长率+65%
总计：
6,850吨（7,250吨）
2001年的统计数字尚未完成，但根据主要NdFeB烧结磁体厂家迄至2001年10月底的实际业绩看，2001年的产量远低于年初的预测：
年初认为年增长率可达+40%以上，实际上仅约15%。
则2001年中国稀土磁体产业的业绩（不包括日资在华企业生产的470吨粘结NdFeB磁体）如下：
NdFeB烧结磁体：
7,500吨（磁块）年增长率+15%
NdFeB粘结磁体：
250吨（720吨）年增长率+14%（+16%）
Sm-Co磁体与磁粉：
160吨年增长率+23%
总计：
7,910吨（8,380吨）年增长率+16%（+16%）
至于钐钴磁体产量的回升，也主要是其价格显著降低的结果，看来今后几年此趋势仍将保持。
但应看到，钐的低价位是有一定前题的，从储量看，钕比钐大六倍，换言之，钐价应六倍于钕价。
目前钐价低，是长期来大量分离钕造成钐积压所致。
若钐的用量增长过快，其价格必然回升。
当然，任何商品的价格，均由供求关系决定。
若钐与钕的用量能保持在适当范围内，则钐的低价或可保持较长时间。
2．
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