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锲而不舍 勇于攀登 铸就新时代稀土永磁产业

————访中国钢研科技集团有限公司李卫院士
来源: 本站原创 日期:2018-01-22 加入收藏
 李卫院士,您好,刚刚过去的2017年是稀土永磁材料被发现之五十周年,新年伊始,中国稀土网站非常荣幸您能接受我们的采访。作为我国稀土永磁材料领域前辈,您见证了我国稀土永磁科研和产业发展的三十多年光辉历程,请您谈谈我国稀土永磁产业的发展现状。

 

1967年美国人斯特纳特(K.J. Strnat)制造出第一块具有实用价值的1:5型钐钴永磁体,自此稀土永磁材料逐步进入人们的视野。到上世纪七十年代与八十年代,又先后发明了2:17型钐钴永磁体和钕铁硼永磁体,磁性能得到大幅提高。特别是钕铁硼永磁,不仅具有其他材料难以媲美的高磁能积,还因为其高的性价比,三十多年以来,钕铁硼永磁一直保持着快速增长。目前,稀土永磁材料的应用已经扩展到国防与国民经济的各个领域。

   说到我国稀土永磁产业的发展现状,概况来讲,就是我国已成为全球稀土永磁材料的研发中心与生产中心。据不完全统计,我国从事稀土永磁材料相关领域的研究人员与技术人员超过了800人,比全球所有其他国家相同人员的总和还要高。仅我们钢铁研究总院,就有50人左右的专门从事稀土永磁研究的团队。我国稀土永磁材料的产量从2009年的5.8万吨增加到2016年的13.6万吨,年均增长率在10%左右,目前我国烧结钕铁硼的毛坯磁体产量已占全球的80%以上,毫无疑问,我国已然成为稀土永磁材料的生产大国,而且在产品性能与品质上,我们也已达到高水准了。

  以烧结钕铁硼为例,几乎所有国际顶尖牌号,如N5452H50SH45UH42EH等高性能产品,我国都能够生产;高综合磁性能烧结钕铁硼磁体(矫顽力与最大磁能积之和大于75),我们也已实现批量制备。我国稀土永磁材料现已应用于世界各地的各种高端产品中,比如计算机硬盘驱动器、手机中的扬声器及聚焦马达、风能发电机、核磁共振磁体、电动汽车驱动电机、精密机床及各种高效节能永磁电机。而像钢研院与国内相关单位合作开发的高铁牵引电机、大型船舶永磁推进系统等应用,更是走在国际前列。毫不夸张地说,世界500强企业中,凡是需要使用稀土永磁材料的,都在寻求与中国的永磁材料制造企业进行合作。至于说到稀土永磁在我国航天、航空及其他军工方面的应用,无论从磁能积、温度稳定性、耐高温、耐腐蚀、抗冲击等等哪个方面讲,我们都有独到的拳头产品。除此之外,钢研院首创、倡导研制的铈磁体,实现了低、中、高牌号性能磁体的全覆盖,更为重要的是,大幅度降低了磁体的材料和制备成本,现在也已成功实现大规模产业化,这一点我们远远领先国外的研究工作。

     

李院士,稀土永磁材料已成为中国稀土应用领域中发展最快和最大产业,在高性能烧结永磁材料的产业化关键技术突破方面取得了多项核心自主知识产权,材料的综合性能稳中有升,具备了生产高牌号烧结钕铁硼磁体的能力,产品的部分性能达到世界先进水平。近年来,我国稀土永磁取得了哪些主要技术进步?

 

十五十二五期间,针对千吨级高性能钕铁硼生产线中存在的共性问题,在研究院所与企业共同的积极参与和不懈努力下,我国在稀土永磁材料领域的研究与产业化技术方面取得了一系列显著进步,在包括速凝工艺、低氧工艺、自动成型技术、连续烧结工艺、双主相技术、晶界扩散等多项关键技术上取得了重大突破,使我国高性能烧结钕铁硼永磁材料的产业化水平基本与日本、德国相当,处于国际先进水平。

以低(无)重稀土高矫顽力永磁材料研究为例,我国在晶粒细化、晶界扩散、液相添加、双相工艺、晶界改性等工艺方面进行了大量工作,许多研究院所、大学和企业,采用不同技术方法进行多方面探索尝试,取得了可喜的成绩。不仅大幅减少了铽、镝等贵重稀土的使用,而且在提高磁体综合性能方面,屡创新高。

在高丰度稀土永磁材料的开发方面,我国的科研工作者创新性地应用了双主相技术,使得过去人们极力避免出现在钕铁硼永磁材料中的高丰度低成本稀土铈,成功地应用于烧结稀土永磁材料中,制备出一系列具有优良磁性能的高性价比铈磁体。该项技术在产业化推广的速度方面,可以说是立竿见影。在短短的两三年内,铈磁体的年产量由零迅速增加到近万吨。铈磁体的研发与产业化,意义不仅仅是我国原创领先的研究成果,更是开辟了钢研院与生产企业联合进行产业化的成功范例。

在块状纳米晶永磁材料研制方面,研制出的大块各向异性纳米晶钕铁硼永磁,最大磁能积达到了54兆高奥,这是经由第三方权威专业测试机构测试给出的纳米晶永磁体的最高性能。在国家863重大项目支持下,成功地解决了热变形磁体的均匀性和开裂问题,大幅提高了磁体的磁能积和制备效率。

我国在稀土--氮间隙型稀土永磁材料方面的研究,也是非常值得自豪的。北大杨应昌院士在这方面的开创性研究工作早在八十年代就获得了世界同行的认可,经过持续不懈的努力,所开发的--氮磁粉的性能已经超过了40兆高奥,现已开发出了高性能各向异性--、钕--氮磁性材料和磁体的产业化关键技术和设备,并建成了百吨级生产线。

在各向异性磁粉与磁体的研究方面,发现了织构型钕铁硼永磁粉形成的关键机制及其实现高矫顽力的方法,成功实现高性能织构型钕铁硼磁粉和高温度稳定性磁粉的稳定制备。研究了单相磁体和杂化磁体制备技术,制备了高性能的各向异性粘结磁体,为未来实现各向异性磁体大规模的生产进行了积极的探索。

 

我国稀土永磁材料产业存在哪些问题

 

  目前我国稀土永磁材料产业在发展中还存在一些问题。

   (1)产能过剩和低水平重复建设亟待解决

目前我国钕铁硼磁体年产量大约为14万吨左右,而实际生产能力超过30万吨,生产能力远超过需求水平,而且在产品结构上以中低端产品为主。

国内已经形成了一批相当规模的企业,产品档次较高,重视科研开发,尊重知识产权,在国际市场具有较强的竞争力,未来发展前景看好。但是国内众多企业产品档次参差不齐,缺乏高端市场竞争力,面临的市场压力较大。

钕铁硼的价格一方面受原材料价格涨落的影响较大,另一方面与供需状态也密切相关。总体上,国内产能远大于需求。对于技术实力强,产品有特色、有专利优势的企业,相对竞争环境要好得多,虽然总体上利润也在下滑,但订单还是比较充足的,而且不少企业还在扩产。但不可否认,有很多技术、管理、服务落后的企业日子并不好过,相互倾轧,恶性竞争,有连年亏损、难以支撑的迹象。

2)稀土资源的平衡利用急需加强

为提高磁体的矫顽力和温度稳定性,通常需要添加较多重稀土铽、镝,如混合动力汽车用磁体,重稀土使用量占稀土总量的25%30%,铽、镝的减量技术正在得到很大进步。然而,在我国稀土各元素的相对储量中,铽和镝的储藏量较少,对资源的安全利用造成极大的危险。

另一方面,高丰度稀土元素CeLaY等储量丰富,但总体应用还有待加强。虽然铈磁体的开发已开了个好头,但要真正解决稀土资源的平衡利用,还有较长的路要走。

3)装备技术水平有待进一步提高

我国一线几家稀土永磁企业在磁材毛坯的性能上与美日欧的产品能够达到国际先进水平,但在产品一致性、耐蚀性、抗冲击及强韧性、磁电热特性等机加工工艺及装备与国外仍存在一定的差距。

4)永磁材料的回收体系有待进一步完善

在稀土永磁材料的生产加工过程中,产生约20%40%的切割废料。在合金的冶炼过程中,由于氧化、渣化等作用,产生占合金质量约2%的废渣,目前这部分废料大部分进行了回收。除此之外,随应用器件而报废的稀土永磁材料也成为潜在的、最大的废料源。但是在稀土永磁报废器件的回收利用方面,我国还未形成较成熟的产业。如何综合利用回收好这些资源已成为目前稀土行业迫切需要解决的重大问题。

 

4  李院士,您对我国稀土永磁材料产业发展有什么建议

首先,我国应加强顶层设计,加大政策和资金投入力度。

其次,应重视并鼓励开展应用基础研究和产业化关键技术攻关。

第三,注重多学科融合,加快先进智能化装备的开发。

第四,提高创新意识与能力,拥有自主知识产权。

第五,建立有序的市场环境,形成良性的市场竞争氛围。

第六,探索上下游的有效合作机制,促进行业健康持续发展。

 

李院士,请您谈谈钢研总院铈磁体新材料科研突破及产业化情况。

          

稀土永磁材料中产量和应用量最大的就是钕铁硼磁体。据中国稀土行业协会统计,2016年我国钕铁硼毛坯产量约为13.6万吨,占全球份额80%以上。钕铁硼磁体中一般含约30%的镨钕、1%2%的镝等重稀土元素。随着稀土永磁电机产业的快速发展,对钕铁硼磁体的需求在大幅增长,镨钕等稀土金属使用量随之也在不断攀升。在稀土资源中,镧、铈元素约占70%以上,镨、钕元素约占20%,中重稀土元素不足10%,稀土资源的配分特点决定了各稀土元素产品产量与市场需求是不匹配的。不同功能材料对稀土各元素的需求是不同的,因此导致稀土元素应用的不平衡。目前,常规的钕铁硼磁体使用了大量的镨、钕稀土元素,因此也导致了镧、铈等高丰度稀土元素的大量积压,使稀土元素应用不平衡的矛盾更加凸显。我国每年大量的镧、铈产品用不掉,产品价格低迷,急需研发新技术、新产品,拓展稀土新应用领域。

铈磁体的核心技术突破与创新表现在双主相磁体、组织结构调控、低温烧结和矫顽力增强技术,并在这些方面逐步形成了专利群,对核心知识产权进行保护,根据技术市场需求进行产业化关键技术开发。新型铈磁体制备技术及其产业化已在宁波复能新材料股份有限公司投入运行,并形成年产6000吨的生产规模,该技术也在钢研集团、山东上达磁性材料有限公司等企业得到推广,初步形成了年产1万吨生产能力,发展势头良好,预计到2020年,年产能将达到3万吨以上。钢铁研究总院开发的铈磁体科技成果及产业化和推广应用,实现了从科学研究、实验开发、产业化及推广应用的“三级跳”,为使科学技术转化成为生产力,促进科技成果转化,在企业的快速推广应用中探索出了新模式。

铈磁体技术成果产业化具有重大意义:一是实现了磁性能全覆盖,有些产品的性价比优于铁氧体。;二是平衡资源利用。铈磁体的开发大大拓宽了铈元素的应用范围,并有效减少了资源紧缺的镨、钕元素的消耗,使稀土永磁材料可用稀土资源翻了一番;三是降低企业生产成本。我们知道,20176月份以来,镨钕金属合金的市场价格再次出现疯涨,尽管现在有所回落,其价格仍是金属铈的十倍之多,可见铈磁体的开发,可大幅降低产品成本,并且具有更高的性价比,有利于进一步拓展下游稀土应用领域。

 

李院士,在您从事稀土永磁三十多年的经历中,您及您带领的团队在我国稀土永磁研发及产业化应用方面做出了突出贡献,您坚持梦想,不惧艰难的坚定意志,激励着年轻的科技人员,请您给正走向工作岗位的年轻的科研人员提点希望。

 

     钢铁研究总院是我国最早开展稀土永磁材料研究的单位之一,早在六十年代初就在我国磁学磁性材料方面的开拓者之一戴礼智先生的带领下从事永磁材料的研究与开发。我很幸运,我的研究工作伴随着我国稀土永磁材料的发展与壮大,见证了我国稀土永磁产业从无到有,从小到强,最终跨进世界先进水平行列。在这三十几年的研究生涯中,提几点体会与年轻人共勉。

第一要有实干精神。实干兴邦。很多事情知易行难,关键要有行动。特别是应用型的科研工作中,有时理论有一定的指导作用,但很多情况下理论与实际有较大差距,需要我们从实验中发现新现象,总结新规律,提出新理论;第二要不断增强创新意识。要敢于创新,勇于创新,不断创新。创新是企业,也是国家对我们的要求;第三就是注重培养团队精神。现代科研中个人的力量是渺小的,优秀的成果越来越依赖团队的力量。第四要有奉献精神和坚忍不拔的品质。科研是需要有奉献精神,更需有以奉献科研为乐的精神,科研还需要坚持与坚守,需要不达目的不罢休锲而不舍精神。

 

 

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