稀土永磁材料自问世以来经历了三代的发展:SmCo5-- Sm2Co17—NdFeB。稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料,它比九十世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍,比铁氧体、铝镍钴性能优越得多。稀土永磁分钐钴(SmCo)永磁体和钕铁硼(NdFeB)永磁体。
图1:中国、日本及全球烧结钕铁硼产量

对比可以发现,SmCo磁体的磁能积在15--30MGOe之间,NdFeB系磁体的磁能积在27--50MGOe之间,被称为“永磁王”,是目前磁性最高的永磁材料。钐钴永磁体,尽管其磁性能优异,但含有储量稀少的稀土金属钐和稀缺、昂贵的战略金属钴,因此,它的发展受到了很大的限制,主要应用于军事领域。
表1:永磁材料组分及性能对比

在钕铁硼永磁体的的制造过程中,经常需要添加2-3%的少量镝铽元素,以提高磁体的娇顽力等性能,但由于金属镝铽的比较稀缺,单价较高,在钕铁硼中的成本占比较高,因此降低重稀土镝铽在钕铁硼中的用量成为行业技术发展方向,由于其在改良钕铁硼内禀矫顽力性能的不可或缺性,未来智能降低其用量而无法取代。
图2:各型号钕铁硼稀土组分及成本构成

按照目前成熟的制备方法分类,钕铁硼永磁材料主要分为烧结和粘结两种。
烧结钕铁硼采用的是粉末冶金工艺,熔炼后的合金制成粉末并在磁场中压制而成,主要应用于新能源汽车电机、风能发电、变频空调等领域;粘结钕铁硼是用稀土永磁粉末和粘结剂按一定的比例混合后,用模压、注射、挤出、延压等成型方法制成的,其制备工艺简单、形状自由度大、不许后加工、重稀土含量少成本低等特点,主要用于计算机硬盘光驱、微特电机等领域。
图3:中国钕铁硼永磁材料应用领域分布

2014年全球烧结钕铁硼产量达到11.4万吨,粘结钕铁硼产量达到7200吨,产量主要集中在中国和日本,其中中国烧结钕铁硼总产量达到10.4万吨,粘结钕铁硼产量达到5000吨,产量占全球产量的90%以上,成为钕铁硼磁体第一生产大国。但我国的钕铁硼磁体大多属于中低档产品,产值仅占全球的60%左右。
在低碳经济席卷全球的趋势下,各国逐渐将保护环境、低碳排放作为科技发展的关键目前。随着新能源汽车、风力发电、节能家电等低碳经济产业的发展,钕铁硼的需求量将稳步增长,预计到2020年钕铁硼的需求量将达到5.2万吨,基本保持每年30%的增速。