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金属材料行业:磁材系列深度(一)磁材行业研究框架-220328(33页).pdf

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金属材料行业:磁材系列深度(一)磁材行业研究框架-220328(33页).pdf

1、 - 1 - 敬请参阅最后一页特别声明 市场数据市场数据(人民币)人民币) 市场优化平均市盈率 18.90 国金有色金属指数 3023 沪深 300 指数 4148 上证指数 3215 深证成指 11950 中小板综指 12074 相关报告相关报告 1.需求对价格敏感度几何?-锂系列深度(七) ,2022.3.6 2.锂矿供应短缺逻辑再探讨-锂系列深度(六) ,2022.2.21 3.年内首批稀土开采指标发布,增量符合预期-稀土行业点评 ,2022.2.6 4.锂行业动态&板块观点更新(3)-锂行业动态点评 ,2022.1.16 倪文倪文祎 分析师分析师 SAC 执业编号:执业编号:S1130

2、519110002 磁材系列深度(一) :磁材磁材系列深度(一) :磁材行业研究框架行业研究框架 行业观点行业观点 磁性材料按使用可分为永磁材料、软磁材料、其他功能材料。 永磁材料:永磁材料: 高矫顽力、高剩磁高矫顽力、高剩磁强度强度,电机领域核心材料,电机领域核心材料 金属永磁:金属永磁:主要分为铝镍钴系、铁铬钴系和铂钴系永磁合金,初代永磁合金,发展和应用较早,稳定性、耐腐蚀性高,但含有战略元素钴,性价比较低,多用于仪表、电能表等特殊领域。 铁氧体永磁:铁氧体永磁:性能不及其他永磁材料,但原料丰富、价格低廉、工艺简单、抗氧化性优异、剩余磁化强度大等特点在很多领域依然是首选材料。常见用途为电子

3、声像设备扬声器;汽车、家电的微特电机等。全球高性能铁氧体永磁湿压磁瓦产能 45 万吨,国内占比 75%。国内企业主要为横店东磁(16 万吨/年)和龙磁科技(3.3 万吨/年) 。 稀土永磁:稀土永磁:第一、二代钐钴永磁价格昂贵,多应用于军事及航天航空高端电机领域。第三代钕铁硼永磁磁能积高、抗退磁能力强,被誉为“现代永磁之王” ,广泛应用于 VCM、永磁电机、汽车 EPS 等领域,预计25 年需求约 13 万吨,CAGR 为 15%,电机能效提升等行业政策积极推动高性能钕铁硼发展。国内企业主要为金力永磁(1.5 万吨/年) 、大地熊(0.6 万吨/年) 、中科三环(2 万吨/年) 、宁波韵升(1

4、.2 万吨/年) 。 软磁材料软磁材料:低矫顽力、高磁导率:低矫顽力、高磁导率特性,特性,电子器件核心材料电子器件核心材料 铁氧体软磁:铁氧体软磁:高频下具有高磁导率、高电阻率、低损耗等特点,成本较低,产品广泛应用于通信、传感、音像设备、开关电源等领域。国内企业主要为横店东磁(4 万吨/年)和天通股份(3 万吨/年) 。 硅钢片硅钢片:无取向硅钢为主,改善电工纯铁的涡流损耗,成本低,适合批量生产,主要用作家电、工业、汽车等各种电机和变压器的铁芯。 金属磁粉芯:金属磁粉芯:电阻率高、涡流损耗低,饱和磁化强度高,是电感元件的核心部件之一,下游主要应用领域为光伏逆变器、变频空调、新能源汽车和充电桩电

5、源模块、数据中心、储能等,预计 25 年全球磁粉芯需求将超过 20 万吨,CAGR 在 25%以上。国内企业主要为铂科新材(1.6万吨/年)和龙磁科技(0.3 万吨/年) ,技术壁垒较高,行业较为集中。 非晶非晶/纳米晶合金纳米晶合金:非晶合金主要应用于节能配电变压器,空载损耗较硅钢变压器降幅 60%,替代硅钢材料,国内企业主要为云路股份(6 万吨/年) ;纳米晶超薄带主要用于无线充电模块、新能源汽车电机等领域,综合磁性性能更为优异,有望替代铁氧体软磁。 投资建议投资建议&投资标的投资标的 国内稀土永磁材料生产商:金力永磁、大地熊等;软磁材料生产商:龙磁科技、横店东磁、铂科新材等。 风险提示风

6、险提示 原材料价格波动的风险;下游需求波动风险;市场竞争加剧风险。 52833322国金行业 沪深300 2022 年年 03 月月 28 日日 资源与环境研究中心资源与环境研究中心 金属材料行业研究 买入 (维持评级) 行业深度研究行业深度研究 证券研究报告 行业深度研究 - 2 - 敬请参阅最后一页特别声明 内容目录内容目录 一、磁性材料基本概念与分类 .4 二、永磁材料:高矫顽力、高剩磁强度,电机领域核心材料 .6 2.1 金属永磁:初代永磁合金,应用于电气仪表等特殊领域 .7 2.2 铁氧体永磁:性

7、价比高、原料丰富、工艺简单、应用领域最广泛材料 .8 2.3 稀土永磁:“现代永磁之王” 第三代钕铁硼性能优异、需求空间广阔 . 11 三、软磁材料:低矫顽力、高磁导率特性,电子器件核心材料 .15 3.1 铁氧体软磁:技术成熟、中高频损耗低、广泛用于通讯领域 .17 3.2 金属软磁:下游光伏新能源车行业高增速,成长性潜力大.19 四、其他磁性材料:磁致伸缩、磁记录、磁泡等功能性材料 .26 五、投资建议&投资标的 .29 六、风险提示 .31 图表目录图表目录 图表 1:磁性材料分类 .4 图表 2:磁性材料矫顽力随年代的变化.6 图表 3:永磁材料分类 .7 图表 4:主要永磁材料性能对

8、比 .7 图表 5:永磁铁氧体种类及其磁性能比较 .8 图表 6:铁氧体永磁下游需求占比.9 图表 7:铁氧体磁瓦在汽车电机中的应用 .10 图表 8:铁氧体磁瓦在变频家电电机中的应用 .10 图表 9:我国微特电机产量(亿台)与增速(%) .10 图表 10:国内铁氧体永磁企业产能分布情况. 11 图表 11:全球主要铁氧体永磁企业情况 . 11 图表 12:稀土永磁材料发展历程 .12 图表 13:三种钕铁硼磁材性能及应用领域对比 .12 图表 14:高性能钕铁硼主要用于 EV和 PHEV用电机.13 图表 15:预计 2023 年新能源车用钕铁硼占比从 15%上升至 26% .13 图表

9、 16:全球与中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量(万吨) .14 图表 17:2020 年全球稀土储量分布 .14 图表 18:稀土下游应用广泛,永磁材料占比最大.14 图表 19: 电机能效提升计划(2021-2023 年) 部分内容.14 图表 20:国外主要稀土永磁企业情况 .15 图表 21:国内主要稀土永磁企业情况 .15 图表 22:软磁材料分类 .16 图表 23:主要软磁材料性能比较 .16 QYnUpXcXlYqYeXWZ8Z6MdNbRmOqQmOpNfQpPoNfQmOvM6MrRyRvPmOmMvPqMqQ行业深度研究 - 3 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表 24:铁氧

10、体软磁产量按种类分布 .17 图表 25:我国铁氧体软磁下游应用领域.18 图表 26:我国铁氧体软磁产量(万吨)与增速 .19 图表 27:我国铁氧体软磁市场规模(亿元)与增速 .19 图表 28:全球主要铁氧体软磁企业情况.19 图表 29:硅钢分类 .20 图表 30:2020 年无取向硅钢应用领域占比.20 图表 31:我国硅钢行业产能产量(万吨)及产能利用率 .21 图表 32:我国硅钢片细分产品产量(万吨).21 图表 33:2020 年我国无取向硅钢行业竞争格局.21 图表 34:金属磁粉芯性能与用途 .22 图表 35:全球金属磁粉芯主要应用领域需求(万吨)与市场规模(亿元)

11、.22 图表 36:金属磁粉芯下游应用领域.23 图表 37:2020 年全球金属磁粉芯行业竞争格局.23 图表 38:国内主要金属磁粉芯供应商 .24 图表 39:非晶合金薄带与硅钢生产的生产流程图对比.24 图表 40:非晶合金薄带产业链.25 图表 41:我国非晶带材产量与市场规模.25 图表 42:2020 年国内非晶合金变压器招标占比约 25% .25 图表 43:纳米晶合金产业链 .26 图表 44:磁致伸缩位移传感器.27 图表 45:HDD 内部结构.28 图表 46:磁泡存储器.28 图表 47:磁材公司现有产能与规划.29 行业深度研究 - 4 - 敬请参阅最后一页特别声明

12、 一、一、磁性材料磁性材料基本概念与分类基本概念与分类 磁性材料是指由过渡元素铁、钴、镍及其合金等组成的能够直接或间接产生磁性的物质。实验表明,任何物质在外磁场中都能够或多或少地被磁化,只是磁化的程度不同。根据物质在外磁场中表现出的特性,物质可分为五类:顺磁性物质,抗磁性物质,铁磁性物质,亚铁磁性物质,反铁磁性物质。 顺磁性物质和抗磁性物质称为弱磁性物质,铁磁性物质、亚铁磁性物质称为强磁性物质。通常所说的磁性材料一般是指强磁性物质。磁性材料按使磁性材料按使用可以分为:用可以分为: 永永磁材料:磁材料:又叫硬磁材料,是指难以磁化并且一旦磁化之后又难以退磁的材料,其主要特点是具有高矫顽力,包括稀土

13、永磁材料、金属永磁材料及永磁铁氧体。 软磁材料:软磁材料:可以用最小的外磁场实现最大的磁化强度,是具有低矫顽力和高磁导率的磁性材料。软磁材料易于磁化,也易于退磁。例如:软磁铁氧体、非晶纳米晶合金。 功能磁性材料:功能磁性材料:主要有磁致伸缩材料、磁记录材料、磁电阻材料、磁泡材料、磁光材料以及磁性薄膜材料等。 图表图表1:磁性材料分类:磁性材料分类 行业深度研究 - 5 - 敬请参阅最后一页特别声明 来源:找磁材,国金证券研究所 永磁材料的主要磁性能指标:永磁材料的主要磁性能指标:剩磁感应强度剩磁感应强度(Br) 、矫顽力矫顽力(Hcb) 、内禀内禀矫顽力矫顽力 (Hcj) 、最大磁能积最大磁能

14、积(BH)max。除磁性能外,永磁材料的物理性能还包括密度、电导率、热导率、热膨胀系数等;机械性能则包括维氏硬度、抗压(拉)强度、冲击韧性等。 剩磁感应强度剩磁感应强度(Br) :永磁材料在外磁场中充磁到饱和后,当外磁场为零时,永磁材料所具有的磁感应强度值。此项指标数据直接关系着电机中气隙磁密的高低。磁感应强度值越高,电机的气隙磁密将可能较高,转矩常数、反电势系数等电机的主要指标将达到最佳值,电机的电负荷和磁负荷的取值关系才可能最合理,效率才能达到最佳。 矫顽力矫顽力(Hcb) :永磁材料在饱和磁化的情况下,当剩磁感应强度 Br 降到零时所需要的反向磁场强度。此项指标与电机的抗退磁能力即过载倍

15、数和气隙磁密等指标相关。Hc 值越大,电机的抗退磁能力越强,过载倍数越大,对强退磁动态工作环境的适应能力越强。同时电机的气隙磁密也会有所提高。 最大磁能积最大磁能积(BH)max:永磁材料向外磁路提供的磁场能量的最大值。此项指标与电机中永磁材料的用量直接相关,BHmax 越大,预示着该种永磁材料对外磁路能提供的磁场能量越大,即在相同功率情况下电机中使用的永磁材料越少。 内禀矫顽力内禀矫顽力 (Hcj) :是指当剩余磁化强度 M 降到零时的磁场强度值。退磁曲线上 B=0 时对应的 Hcb 值仅表示永磁体此时不能够向外磁路提供能量,并不代表永磁体自身不具备能量。但当 M=0 时对应的 Hcj 值却

16、表示此时永磁体已真正退磁,自身已完全无磁场能量储存。内禀矫顽力的大小与永磁材料的温度稳定性密切相关。内禀矫顽力越高,永磁材料的工作温度才可能越高。 软磁材料的软磁材料的主要磁性能指标:初始磁导率、矫顽磁力和磁滞回线、电阻率、主要磁性能指标:初始磁导率、矫顽磁力和磁滞回线、电阻率、磁感应强度、磁芯损耗、稳定性等磁感应强度、磁芯损耗、稳定性等 初始磁导率初始磁导率高高:高初始磁导率是软磁材料的基本要求,理论和实践证明,降低软磁材料的杂质浓度,提高密度,增大晶粒尺寸,结构均匀化,降低磁滞伸缩系数,消除内应力和气孔的影响是提供初始磁导率的充分条件,这些都与配方的选择和工艺条件密切相关。 很小的矫顽磁力

17、和狭窄的磁滞回线:很小的矫顽磁力和狭窄的磁滞回线:软磁材料的基本性能要求是,能快速的响应外磁场的变化,这要求材料具有低的矫顽磁力 Hc 值,数量级为 10-1102A/m。软磁材料的反磁化过程主要是通过磁畴壁的位移来实现的,因此材料内部应力起伏和杂质的含量与分布成为影响矫顽磁力的主要因素。矫顽磁力低表示磁化和退磁容易,磁滞回线狭窄,磁滞回线包围的面积小,在交变磁场中磁滞损耗就小。 电阻率高:电阻率高:磁芯相当于一匝线圈,在交变磁场中会感应产生电动势,这个感应电动势在磁芯中产生感应电流,如果磁芯的电阻率低,则感应电动势和感应电流就大,在磁芯中产生的损耗就大,这个损耗称为涡流损耗,频率越高,感应电

18、流就越大。电阻率升高有利于降低损耗及提高磁芯的工作频率,减小磁芯的体积和质量。 具有较高的饱和磁感应强度具有较高的饱和磁感应强度 Bs:如果磁感应强度 Bs 高,则相同磁通需要磁芯截面积 A 较小,磁性元件体积小。低频时,最大工作磁感应强度受饱和磁感应强度限制;但在高频时,主要是损耗限制了磁感应强度的选取,磁芯未必饱和,是绝缘材料的温度极限限制了损耗的大小。 磁芯损耗:磁芯损耗:软磁材料多用于交流磁场,因此动态磁化造成的磁损耗不可忽视。动态磁化所造成的损耗包括 3 部分,即涡流损耗、磁滞损耗和剩余损耗。随着交变磁场频率的增加,软磁材料的动态磁化所造成的磁芯损耗增大。 行业深度研究 - 6 -

19、敬请参阅最后一页特别声明 稳定性:稳定性:要求软磁材料不但要高磁导率和低损耗等,更重要的是高稳定性。软磁材料的高稳定性是指磁导率的温度稳定性要高,减落系数小,随时间老化要尽可能小,以保证长期工作于恶劣环境。影响软磁材料工作的因素有低温、潮湿、电磁场、机械负荷和电离辐射等,在这些因素影响下,软磁材料的基本特性参数会发生变化,从而导致性能的变化。 磁性材料主要的特性是具有磁滞回线,软磁与硬磁材料的主要区别在于矫磁性材料主要的特性是具有磁滞回线,软磁与硬磁材料的主要区别在于矫顽力的高低不同,实质上也就是材料的磁滞回线所包含面积的大小不同。顽力的高低不同,实质上也就是材料的磁滞回线所包含面积的大小不同

20、。矫顽力高的材料,回线包含的面积大,其磁储能就高。一般软磁材料的磁滞回线很窄,矫顽力在 100A/m 以下,而硬磁材料的磁滞回线很宽,矫顽力在 1000A/m以上。 磁性材料的研究和制备开始于 20 世纪初,以永磁材料和软磁材料为例。 在近百年的时间里,磁性材料的发展方向形成了两个极端,即尽可能追求实现材料更高或更低的矫顽力。 图表图表2:磁性材料矫顽力随年代的变化磁性材料矫顽力随年代的变化 来源: 新型磁性材料的研究进展 ,国金证券研究所 二、永磁材料二、永磁材料:高矫顽力、高剩磁高矫顽力、高剩磁强度强度,电机领域核心材料,电机领域核心材料 永磁材料又称恒磁材料或硬磁材料,指的是磁化后去掉外

21、磁场,能长期保永磁材料又称恒磁材料或硬磁材料,指的是磁化后去掉外磁场,能长期保留磁性,能经受一定强度的外加磁场干扰的一种功能材料。留磁性,能经受一定强度的外加磁场干扰的一种功能材料。永磁材料具有宽磁滞回线、高矫顽力和高剩磁的特性,具备转换、传递、处理、存储信息和能量等功能,应用范围广泛,如电声、选矿、能源、家用电器、医疗卫生、汽车、自动控制、信息技术等领域对永磁材料有着不可替代的需求。 根据永磁材料的磁性强弱以及发展阶段,永磁材料分为金属永磁、铁氧体永磁材料分为金属永磁、铁氧体永磁和稀土永磁三类。永磁和稀土永磁三类。 行业深度研究 - 7 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表3:永磁材料分类

22、永磁材料分类 来源:新材料在线,国金证券研究所 图表图表4:主要永磁材料性能对比主要永磁材料性能对比 永磁材料永磁材料 铝镍钴永磁铝镍钴永磁 铁氧体永磁铁氧体永磁 钐钴永磁钐钴永磁 烧结钕铁硼烧结钕铁硼 内禀矫顽力(kOe) 0.38-1.53 1.76-4.21 15-21 11-40 最大磁能积(MGOe) 1.4-13.2 0.17-5.2 24-33 33-50 剩磁强度(T) 0.58-1.35 0.32-0.43 0.8-1.2 1.17-1.48 工作温度() -250-550 -40-250 -250-525 -125-220 抗氧化性和耐腐蚀性 好 好 好 差 价格 中等 便

23、宜 贵 中等 主要应用领域 主要是仪表、电能表 大体积扬声器、电动工具、玩具、家电的风扇电机等 军事及航天航空 VCM、各种永磁电机、汽车 EPS、MRI 等 优点 最好的温度稳定性和时间稳定性,耐腐蚀性高 资源丰富、价格低廉 工作温度高、耐腐蚀性好。磁性能优于铝钴镍和铁氧体 磁能积高、机械力学性能好,可切削和钻孔 缺点 含有战略元素钴,性价比较低 磁性能较差、温度稳定性差 含有战略元素钴,性价比低 居里温度低、温度稳定性差、化学稳定性低 来源:山东上达稀土材料有限公司官网,国金证券研究所 2.1 金属永磁金属永磁:初代永磁合金,应用于初代永磁合金,应用于电气仪表等电气仪表等特殊特殊领域领域

24、金属永磁材料发展和应用较早,是以铁和铁族元素为重要组元的合金型永磁材料,又称永磁合金,主要有铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金和铂钴系永磁合金等。 铝镍钴系永磁合金铝镍钴系永磁合金 1931 年,日本材料专家 Mishima 发现了一种特定成分的 AlNiCo 合金(58% Fe,30%Ni,12%Al) ,其矫顽性极高,是当时最好的磁性钢的两倍。在 1970 年代发现稀土磁铁之前,AlNiCo 合金是最强的永久磁铁材料。 AlNiCo 永磁具有剩磁高、居里温度高且剩磁温度系数小的优点,即使在温度高达 500的工作环境还能使用,因温度变化而发生的永磁特性的退化也较小,但是矫顽力低,质地硬而脆,

25、加工困难,多用于电行业深度研究 - 8 - 敬请参阅最后一页特别声明 气仪表和通讯机器等要求高可靠性的领域中,更是军工产品上常用的永磁材料。 铁铬钴系永磁合金铁铬钴系永磁合金 FeCrCo 是 20 世纪 70 年代问世的变形永磁合金,含有 20%-33%铬、3%-25%钴、3%钼或 0.7%-1.0%硅。具有优良的磁性能及可加工性,可进行冷热塑性变形,磁性类似于铝镍钴系永磁合金,并可通过塑性变形和热处理提高磁性能。 FeCrCo 合金可以进行机加工、深冲压、拉拔等,生产出不同规格的细丝、薄带,用于制造各种截面小、形状复杂的小型磁体元件,例如电话受话器、扬声器、转速表和磁滞电机等。 铂钴系合金

26、铂钴系合金 PtCo 永磁合金在所有可加工永磁合金中具有最高的矫顽力和较高的磁能积,合金的成分为:Pt 76%,Co 24%,是以铂为基含钴的二元合金。PtCo 合金磁性极强,磁稳定性较高,耐化学腐蚀性很好,氢氧化钾和热浓硫酸都不能将其腐蚀,可在酸、碱、盐介质下工作,由于其价格昂贵,因此主要用于其它永磁材料无法工作的恶劣、特殊环境之中。 PtCo 合金的高塑性使它有利于制造任何形状和尺寸的微型器件,极低的温度系数可以使它应用于较高温度的环境下,出众的耐氢性更是其获得特殊应用的优势所在,该合金主要用于航天、航海、航空仪表,计测仪,电子钟表,磁控管等。 2.2 铁氧体永磁铁氧体永磁:性价比高、性价

27、比高、原料丰富、原料丰富、工艺工艺简单简单、应用领域最广泛材料应用领域最广泛材料 铁氧体永磁是指具有铁氧体永磁是指具有单轴各向异性的六角结构的化合物,以单轴各向异性的六角结构的化合物,以 Fe2O3为主要为主要组元的复合氧化物永磁材料。组元的复合氧化物永磁材料。其原料价格便宜,而且生产工艺相对简单,所以其成品价格较其它磁铁而言相对低廉。铁氧体永磁是第二代永磁材料,1933 年日本 Kato 和 Takei 发现了含 Co 的铁氧体 Fe2O3,盛行于 50-80年代。 铁氧体有各相同性和各向异性两个系列,根据模压成型工艺不同,各向异性铁氧体又有干压与湿压之分。按主要成分分类,铁氧体永磁主要分为

28、钡铁氧体永磁主要分为钡(Ba)铁氧体和锶()铁氧体和锶(Sr)铁氧体两种。)铁氧体两种。钡铁氧体是目前市场用量最大、用途最广的永磁材料。 在铁氧体磁场成型工艺中,湿压成型是将二次球磨后的浆料直接臵于模具中,在加压成型时,同时施加一定方向的强磁场,便单畴晶粒的易磁化轴沿外磁场方向排列一致。压型时同时要用泵抽去水分,且上下冲头处需垫片防止抽出浆料,成型后再干燥。 湿压成型由于浆料水分多,晶粒能在成型过程中自由转动,便于晶粒取向,因而磁性能好,Br 大 Hcb 高。但成型时要垫片、抽滤,生产效率低。干压成型是将二次球磨后不含水分的全干粉加入适量的粘合剂,臵于成型磁场中加压成型。干压成型磁场取向稍差,

29、磁性能比湿压成型差。 图表图表5:永磁铁氧体种类及其磁性能比较永磁铁氧体种类及其磁性能比较 种类种类 分类分类 剩磁剩磁 Br(T) 矫顽力矫顽力Hcb(kA/m) 最大磁能最大磁能积(积(BH)max.(KJ/m3) 方向性 特点 成型方式 钡铁氧体 各向同性 廉价 干式 0.20-0.23 128-160 6.4-9.6 各向异性 高 Hcb 0.33-0.35 176-208 20.0-24.0 高(BH)max 0.35-0.40 136-176 21.6-26.4 湿式 0.40-0.44 160-176 28.0-32.8 锶铁氧体 各向同性 廉价 干式 0.21-0.23 152

30、-184 8.0-15.7 行业深度研究 - 9 - 敬请参阅最后一页特别声明 各向异性 高 Hcb 0.34-0.38 224-256 21.6-25.6 高(BH)max 0.35-0.39 192-224 24.0-28.0 湿式 0.38-0.43 160-216 28.0-32.8 橡胶磁铁 各向同性 挠性 模压或注塑 0.13-0.18 80-96 2.8-4.0 各向异性 0.18-0.22 128-136 6.4-8.8 来源:旺材电机与电控,国金证券研究所 铁氧体永磁铁氧体永磁是目前应用最广泛的永磁材料是目前应用最广泛的永磁材料。与其他永磁材料相比,尽管铁氧体永磁材料在性能方

31、面不占优势,但由于其原料丰富、价格低廉、制备工艺简单、抗氧化性优异、剩余磁化强度大等特点在很多领域依然是首选材料。 铁氧体永磁与钕铁硼永磁(属稀土永磁)均有在汽车上使用,但由于加工工艺、成本的不同使得应用领域不同;部分国内变频空调压缩机厂商同时具有钕铁硼和铁氧体技术平台,但铁氧体和钕铁硼并不能在同一平台上直接替代,不同材料应用的电机设计完全不同。 铁氧体优点在于原料来源丰富,性价比高,化学稳定性优异,不需表面处理,耐高温。自钕铁硼产品问世至今,铁氧体磁性材料也快速发展,钕铁硼产品和铁氧体产品将是长期共存、持续发展的格局。 目前,铁氧体永磁材料主要应用在电动机、发电机、电子和微波设备、声目前,铁

32、氧体永磁材料主要应用在电动机、发电机、电子和微波设备、声波设备、信息储存、移动通讯等方面。波设备、信息储存、移动通讯等方面。其中常见的用途主要有:电视机和收音机等电子声像设备的喇叭、音响、听筒的扬声器;汽车挡风玻璃刮水器电机、家电电机以及其他电动工具的小型电机;通讯设备的微波通讯器件、笛簧接点元件等;微波炉的磁控管等。 图表图表6:铁氧体永磁下游需求占比:铁氧体永磁下游需求占比 来源:前瞻产业研究院,国金证券研究所 高性能永磁铁氧体湿压磁瓦是下游微特电机的核心部件高性能永磁铁氧体湿压磁瓦是下游微特电机的核心部件,广泛用于汽车、,广泛用于汽车、家电等行业。家电等行业。 高性能永磁铁氧体是指高剩磁

33、、高矫顽力、高磁能积的湿压永磁铁氧体。永磁铁氧体湿压磁瓦作为下游微特电机的核心部件,广泛应用于汽车、家用电器等行业。 永磁铁氧体行业发展与微特电机行业的发展存在正相关的关系。在现代经济中,电机是消耗能源的主要载体之一,提高电机的效率显然是一个行之有效的节能措施。永磁电机是典型的高效、节能低碳工业产品,广泛用于各类工业传动和转动装臵。 行业深度研究 - 10 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表7:铁氧体磁瓦在汽车电机中的应用铁氧体磁瓦在汽车电机中的应用 图表图表8:铁氧体磁瓦在变频家电电机中的应用铁氧体磁瓦在变频家电电机中的应用 来源:龙磁科技公司官网,国金证券研究所 来源:龙磁科技公司官网

34、,国金证券研究所 图表图表9:我国微特电机产量(亿台)与增速(:我国微特电机产量(亿台)与增速(%) 来源:智研咨询,国金证券研究所 国内永磁铁氧体产能分散国内永磁铁氧体产能分散,行业集中度低行业集中度低 根据中国电子材料行业协会磁性材料分会统计,全球铁氧体永磁生产企业主要分布在中国、日本、韩国,日本主要包括日立、TDK 株式会社等;韩国主要包括双龙、韩国太平洋等。我国铁氧体永磁产量约占全球 75%以上,生产企业主要分布在江浙、广东、安徽、四川地区。 我国铁氧体永磁材料生产企业有 340 余家,其中年生产能力在 1000吨以下的企业占 45%左右,1000-3000 吨的企业占 25%左右,3

35、000-5000 吨企业约占 21%,10000 吨以上的企业约 20 家,约占 9%。 从全国范围看,随着近些年国家环保政策不断出台,行业面临着洗牌,大量的小企业因为环保要求不合格而退出,供给端大部分公司无新增产能规划,产品升级淘汰落后产能,随着国内企业技术的进步,进口替代、高端国产化将带来行业集中度的提升。 行业深度研究 - 11 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表10:国内:国内铁氧体永磁企业产能铁氧体永磁企业产能分布分布情况情况 来源:新材料在线,前瞻产业研究院,国金证券研究所 国际巨头国际巨头技术领先,技术领先,聚焦聚焦高性能高性能产品产品 高性能永磁铁氧体湿压磁瓦全球产能约为

36、45 万吨,75%以上的产能在国内,但行业集中度不高,国内约有 100 多家生产企业,但产能在 1万吨以上的企业不到 10 家;另外 25%的产能在日本和韩国,日本TDK 是规模最大的永磁铁氧体磁瓦生产厂家,也代表了行业最高的技术水平。 随着国际制造产业的转移和国内企业技术水平的提升,我国永磁铁氧体行业逐渐缩短了与国外先进水平的差距,国际竞争力显著增强,主要代表企业有横店东磁、领益智造和龙磁科技等,以中国为代表的新兴工业化国家永磁铁氧体行业市场竞争力不断增强。 图表图表11:全球主要铁氧体永磁企业情况:全球主要铁氧体永磁企业情况 公司公司 介绍介绍 日本 TDK 目前有 5 万吨高性能永磁铁氧

37、体产能 日立金属 目前有 4 万吨高性能永磁铁氧体产能 韩国双龙集团 目前有 1.5 万吨高性能永磁铁氧体产能 横店东磁 目前永磁铁氧体产能 16 万吨,其中高性能 4.5 万吨,规划新增 2.2 万吨/年 龙磁科技 目前高性能永磁铁氧体湿压磁瓦 3.3 万吨/年产能,计划每年新增 1 万吨产能,至 2024 年产能达 6 万吨/年 中钢天源 从事永磁铁氧体器件生产,拥有 1.5 万吨永磁器件生产能力 来源:各公司公告,国金证券研究所 2.3 稀土永磁稀土永磁: “现代永磁之王”“现代永磁之王” 第三代第三代钕铁硼性能优异钕铁硼性能优异、需求需求空间广阔空间广阔 稀土永磁材料是一类以稀土金属元

38、素稀土永磁材料是一类以稀土金属元素 RE(Sm、Nd、Pr 等)与过渡族金等)与过渡族金属元素属元素 TM(Fe、Co 等)所形成的金属间化合物为基础的永磁材料。等)所形成的金属间化合物为基础的永磁材料。稀土永磁材料是最为重要的磁材产品之一,自 20 世纪 60 年代问世以来,已有三代产品实现量产和应用,第四代稀土铁氮永磁产品处于研发阶段,未来可能将成为新一代稀土永磁产品。 第一代钐钴稀土永磁为第一代钐钴稀土永磁为 1967 年美国发明的年美国发明的 SmCo5。SmCo5 具有很高的磁晶各向异性常数,其理论磁能积可达 244.9 kJ/m3。20 世纪 70年代,SmCo5 永磁体已经实现商

39、品化,因其含较多战略金属钴和储量较少的稀土金属钐,原材料价格昂贵,故发展前景受限。 第二代钐钴稀土第二代钐钴稀土永磁永磁为为 1977 年日本发明的年日本发明的 Sm2Co17。Sm2Co17 在高温下是稳定的 Th2Ni17 型六角结构,在低温下为 Th2Zn17 型的菱方结构。基于其独特的优良的磁稳定性、高温磁性能、优异的抗氧化及抗腐蚀性,仍被广泛应用于航空航天、国防军工、高端电机等领域。 行业深度研究 - 12 - 敬请参阅最后一页特别声明 第三代钕铁硼永磁材料为第三代钕铁硼永磁材料为 1983 年美国、日本发明的年美国、日本发明的 Nd2Fe14B。稀土永磁钕铁硼(Nd2Fe14B)合

40、金稀土元素约占 25%-35%,铁元素约占 65%-75%,硼元素约占 1%。钕铁硼永磁的研发成功意义重大,它不仅具有惊人的优异性能、创纪录的高磁能积,而且它还以价格底廉、不仅具有惊人的优异性能、创纪录的高磁能积,而且它还以价格底廉、储量丰富的铁和钕取代了昂贵的战略物资钴和资源稀缺的钐,被誉为储量丰富的铁和钕取代了昂贵的战略物资钴和资源稀缺的钐,被誉为“现代永磁之王” 。“现代永磁之王” 。 第四代第四代稀土永磁稀土永磁为铁氮为铁氮合金合金,仍处于研发阶段,仍处于研发阶段。稀土铁氮磁粉最大磁能积是 20-40MGOe,高于钕铁硼磁粉,稀土铁氮新材料与市场现有磁性材料钕铁硼相比成本较低,主要原因

41、是磁粉中稀土相对含量少,同时无需掺杂钴等价格昂贵的金属。第四代稀土永磁材料形成成熟工艺走向实用至少还需几十年。 图表图表12:稀土永磁材料:稀土永磁材料发展历程发展历程 来源:磁易购资讯,国金证券研究所 钕铁硼永磁钕铁硼永磁可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼三种可分为烧结钕铁硼、粘结钕铁硼和热压钕铁硼三种 烧结钕铁硼是钕铁硼中产量最大、应用最为广泛的产品。烧结钕铁硼是钕铁硼中产量最大、应用最为广泛的产品。烧结钕铁硼永磁材料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成压胚,压胚在惰性气体或真空中烧结达到致密化,为了提高磁体的矫顽力,通常需要进行时效热处理,再经后加工及表面处理

42、后获得成品。目前已商业化生产的烧结钕铁硼,剩磁最高可达 1.45T 以上,内禀矫顽力最高可达 2786kA/m,工作温度根据矫顽力的不同在 80-200之间。 粘结钕铁硼粘结钕铁硼是将永磁体粉碎后与粘接剂混合,在磁场中压制成型,它有着成本低、尺寸精度高、形状自由度大、机械强度好、比重轻等优点。粘结钕铁硼磁体由于大量加入了粘接剂,其密度一般只有理论上的 80%,因此在磁性能上弱于烧结钕铁硼。粘结钕铁硼是各向同性磁体,各方向磁性相同,因此方便制作多极乃至无数极的整体磁体。 热压钕铁硼热压钕铁硼在不添加重稀土元素的情况下可实现与烧结钕铁硼相近的磁性能,具有致密高、取向度高、耐腐蚀性好、矫顽力高等优点

43、,但机械性能不好,且由于专利垄断,加工成本较高。由于成型技术工艺限制,应用范围受到一定限制,目前主要用于汽车 EPS电机等领域。 图表图表13:三种钕铁硼磁材性能及应用领域对比三种钕铁硼磁材性能及应用领域对比 钕铁硼种类钕铁硼种类 优点优点 缺点缺点 主要应用领域主要应用领域 烧结钕铁硼 磁性能优异 技术壁垒高,加工损耗大 各类发电机、电动机、消行业深度研究 - 13 - 敬请参阅最后一页特别声明 钕铁硼种类钕铁硼种类 优点优点 缺点缺点 主要应用领域主要应用领域 费电子 粘结钕铁硼 精度高、形状复杂 磁性能弱,使用温度低 磁盘和光盘主轴电机、消费电子 热压钕铁硼 抗腐蚀性能强 工艺复杂,成本

44、高 汽车 EPS 来源:亚洲金属网,国金证券研究所 高性能钕铁硼的应用领域涵盖传统和新能源汽车、高性能钕铁硼的应用领域涵盖传统和新能源汽车、风力风力发电、电子设备、发电、电子设备、空调家电等空调家电等。根据规定,内禀矫顽力(Hcj)和最大磁能积((BH)max)之和大于 60 的烧结钕铁硼永磁材料定义为高性能钕铁硼。低端钕铁硼主要应用于磁吸附、磁选、电动自行车、箱包扣、门扣、玩具等领域。 驱动电机是新能源汽车的三大核心部件之一,稀土永磁驱动电机具有尽可能宽广的弱磁调速范围、高功率密度比、高效率、高可靠性等优势,能够有效地降低新能源汽车的重量和提高其效率,需求刚性强。 风力发电机分为永磁直驱式、

45、半直驱式和双馈异步式,其中永磁直驱式和半直驱式使用高性能钕铁硼磁钢。预计未来永磁直驱电机渗透率逐年提升,将持续带动风电领域对于高端钕铁硼永磁材料的消耗。 变频空调生产中大量使用高性能钕铁硼永磁材料替代铁氧体永磁材料,钕铁硼的渗透率快速上升。 钕铁硼永磁由于其高磁能积、高压实密度等优越特点,符合消费电子产品实现小型化、轻量化、轻薄化的发展趋势,因此被广泛应用于音圈电机(VCM) 、主轴驱动电机、手机线性震动马达、摄像头、收音器、扬声器、耳机、数码伸缩镜头电机等诸多器件。 图表图表14:高性能高性能钕铁硼主要用于钕铁硼主要用于EV和和PHEV用电机用电机 图表图表15:预计预计2023年新能源车用

46、钕铁硼占比从年新能源车用钕铁硼占比从15%上上升至升至26% 来源:国金证券研究所 来源:国金证券研究所测算 根据 Frost & Sullivan 的研究报告,2015 年至 2020 年,全球高性能钕铁硼永磁材料的消耗量从 3.42 万吨增至 6.50 万吨,年复合增长率达13.70%;预计至 2025 年,全球高性能钕铁硼永磁材料消耗量将达12.91 万吨,预计年复合增长率达 14.71%。 2015 年至年至 2020 年,中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量从年,中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量从 1.94 万吨增万吨增至至 4.05 万吨,年复合增长率达万吨,年复合增长率达 15.86%;

47、预计至 2025 年,中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量将达 8.71 万吨,预计年复合增长率达16.55%。中国的高性能钕铁硼消耗量占全球的比重超过 60%,且消耗量的年均增速将高于全球。 行业深度研究 - 14 - 敬请参阅最后一页特别声明 图表图表16:全球与中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量全球与中国高性能钕铁硼永磁材料消耗量(万吨)(万吨) 来源:Frost & Sullivan,国金证券研究所 稀土是国家战略资源,稀土是国家战略资源,行业行业政策推动高性能钕铁硼发展政策推动高性能钕铁硼发展 稀土作为不可再生的战略资源受到国家高度重视。在所有稀土新材料中,稀土永磁材料是稀土下游价值最高的应用

48、领域。 2021 年 3 月,在国家出台的 “十四五”规划和 2035 年远景目标纲要中,高端稀土功能材料作为高端新材料之一,被列入“十四五”制造业核心竞争力提升目录。 2021 年 11 月,国家工信部、市场监管总局发布的电机能效提升计划(2021-2023 年) ,鼓励使用以稀土永磁电机为代表的节能电机,拓展高效节能电机产业链,扩大高效节能电机的绿色供给等。 2021 年 12 月,国家工信部发布重点新材料首批次应用示范指导目录(2021 年版) 再次将“高性能钕铁硼”等稀土功能材料列入新材料重点领域中的“关键战略材料” ,予以鼓励与扶持。 图表图表17:2020年全球稀土储量分布年全球稀

49、土储量分布 图表图表18:稀土下游应用广泛,永磁材料占比最大稀土下游应用广泛,永磁材料占比最大 来源:USGS,国金证券研究所 来源:前瞻产业研究院,国金证券研究所 图表图表19: 电机能效提升计划(电机能效提升计划(2021-2023年) 年) 部分内容部分内容 任务任务 内容内容 主要目标 到 2023 年,高效节能电机年产量达到 1.7 亿千瓦,在役高效节能电机占比达到 20%以上,实现年节电量 490 亿千瓦时,相当于年节约标准煤 1500 万吨,减排二氧化碳 2800 万吨。 扩大高效节能电机绿色供给 加快提升绿色设计能力;大力推动基础材料及零部件绿色升级,加快高效节能电机关键配套材

50、料创新升级,提升轻稀土永磁等材料绿色化水平;持续提高电机产品绿色制造水平 行业深度研究 - 15 - 敬请参阅最后一页特别声明 任务任务 内容内容 拓展高效节能电机产业链 加快推进电机系统技术创新,加快突破永磁电机效率最优控制和无位臵传感器磁阻电机参数精确辩识等技术;积极实施电机高效再制造 加快高效节能电机推广应用 开展存量电机节能改造,加大高效节能电机应用力度,推广变频调速永磁电机、低速直驱和高速直驱式永磁电机、永磁外转子电动滚简等技术和产品 推进电机系统智能化、数字化提升 加快推动电机系统智能化;协同推进电机系统数字化 来源:工信部,国金证券研究所 高端钕铁硼永磁制造工艺复杂,客户认证程序

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