中国风险战略

【中国风险战略】(四) ：削减钕磁铁的Dy 用量，2014年专利失效令人担忧

以Nd 2Fe 14B 为主要成分的烧结型钕磁铁，是HEV 及EV 等电动车辆、空调压缩机、洗衣机及硬盘等使用的高性能马达不可缺少的部件。在市场有望快速扩大的电动汽车用马达用途方面，日立金属、信越化学工业及TDK 等3家日本厂商占有压倒性市场份额。

然而，日本磁铁厂商因面临两个问题，包括①因中国进行出口管制而造成的稀土价格高涨，以及②中国磁铁厂商崛起，存在竞争力降低的担忧（图8）。正因为进驻中国时技术外流的风险很高，所以才需要凭借技术实力来降低对中国的依赖程度。 图8：通过开发技术摆脱对中国的依赖

钕磁铁方面，中国的竞争厂商崛起，而且极有可能在进驻中国时被要求成立合资公

司。日本厂商打算通过开发技术，降低对中国的依赖程度。

开发无稀土产品十分困难

首先是如何解决第①个问题——稀土价格高涨。钕磁铁除了磁铁原料Nd 之外，还需要添加Dy 。其中，Dy 对中国的依赖性很高，只能从中国南方的离子吸附矿*中提炼。

永久磁铁型同步马达（PM 马达）作为小型轻量的高性能马达而用途广泛：以混合动力车（HEV ）及电动汽车（EV ）的行驶马达为代表，还应用于电动助力方向盘的驱动马达、节能型空调

压缩机马达、倾斜滚桶型洗衣机的滚桶驱动马达以及机床定位测位及机器人使用的产业用马达，等等（图）。

面向这些用途需要高性能，目前情况下高性能磁铁即钕铁硼（Nd-Fe-B ）类烧结磁铁不可或缺。如，HEV 每辆需使用约1kg 、EV 每辆需使用约2kg 的Nd-Fe-B 类烧结磁铁。这种磁铁的原料除Nd 外，面向有高耐热性要求的用途还需要使用镝（Dy ）及铽（Tb ）等稀土类金属。Dy （或部分换成Tb ）的添加量，HEV 和EV 用行驶马达占Nd-Fe-B 类烧结磁铁为总重量的7～10％，空调使用的压缩机马达为4～5％。

需要特别指出的是，Dy 和Tb 在称为重稀土的稀土类金属中是极其稀有的资源。日本物质及材料研究机构磁性材料中心负责人宝野和博介绍说：“虽然对Dy 的地壳含量有多种说法，但大体来说为Nd 的10～20％。而Tb 更少”（Tb 为Nd 的2～4％）。而且，目前供应方基本上只限于中国，日本每年可从中国进口的量由中国政府决定。因此，如果PM 马达的需求随着HEV 和EV 以及节能家电的增加而进一步扩大，就恐怕难以确保稳定供应。在Nd-Fe-B 类烧结磁铁中，Nd 、Dy 、Tb 合计占磁铁重量的约30％。而在高耐热型上，Nd 占总重量的约20％，Dy 占总重量的约10％。考虑到从资源储量，今后Dy 及Tb 的采购形势恐怕要比Nd 严峻得多。这就要求降低Dy 及Tb 的使用量。（未完待续 记者：富冈 恒宪）

*离子吸附矿：Sm 、Gd 、Tb 及Dy 等中重稀土含量较多的稀土矿石。由于几乎不含Th 及U 等放射性物质，因此与其他矿石相比，容易提炼出稀土。

据称，为钕磁铁添加Dy 的目的，是增加与耐热性密切相关的矫顽力*。空调用压缩机马达的镝添加量占磁铁总重量的5～6％，HEV 用马达的添加量则达到磁铁总重量的10％。

*矫顽力：使磁化的磁性体恢复至磁化前状态时所需要的反向外部磁场强度。随着磁铁温度的上升，矫顽力会逐渐降低。

比较理想的是，开发出不使用Nd 或Dy 的新型磁铁材料。如果能够实现这一点，就能

完全消除依赖中国的资源风险。尽管以氮化铁为代表的材料研究已经开始，但日立金属NEOMAX 公司总工程师松浦裕表示，目前“连能够代替钕磁铁的候选材料都没有找到”。

因此，日本大型磁铁厂商首先将致力于开发可减少Dy 使用量的技术。而且，还将与马达厂商及汽车厂商联合推进马达总体设计的改进，以抵御依赖中国的资源风险。

粒界扩散技术将启程

目前，日本三大磁铁厂商将要采用的技术是，使Dy 选择性分布在钕磁铁晶界相部分的“粒界扩散”技术。日立金属与信越化学工业已分别从2011年夏季及2011年8月开始向空调等白色家电量产供货，TDK 也做好了量产准备（图9）。将开发品用于空调用马达时，“基本可使Dy 的用量减少至原来的一半”（信越化学工业董事兼电子材料事业本部事业本部长松井幸博）。

为减少Dy 的使用量，信越化学开发出了名为“粒界扩散合金法”的制造方法。可在维持矫顽磁力的同时，将Dy 的使用量比原产品减少约60％。原来的制造方法除了Nd 、Fe 和B 外，还要同时混合Dy 进行烧结。Dy 需要在磁铁内部均匀分布。然而现已得知，“磁铁表面的Dy 对于提高矫顽磁力很重要，而内部的Dy 则基本上不起作用”（信越化学工业）。因此，粒界扩散合金法首先制成不添加Dy 的磁铁，然后再使Dy 溶液对其从表面进行渗透。由于只在磁铁表面附近添加Dy ，因此可以减少使用量，并可维持矫顽磁力。

图9：开始采用粒界扩散技术

钕磁铁企业正采用通过选择性地在晶界相部分注入Dy 来提高矫顽力的“粒界扩散”

技术，推进减少Dy 用量的开发。日立金属与信越化学工业已开始量产，此外，TDK

也做好了量产准备。

3家公司用来减少Dy 用量的工艺存在若干差别。但相同点是，减少添加至作为原料的Nd 2Fe 14B 合金粉末的Dy ，制成钕磁铁之后，使Dy 浸透于表面。据称，与原来的技术相比，可使Dy 使用率下降2～3个百分点。在空调用马达等Dy 使用率较低的用途方面，可获得显著效果，而在Dy 使用率较高的电动车辆用马达用途方面，Dy 用量削减效果还不够。

结晶的微细化

日本磁铁厂商为了进一步减少Dy 的使用量，目前正在加快开发Nd 2Fe 14B 结晶粒微细化技术。粒径较小时，晶体粒内的磁方向容易趋于一致，因此可提高晶体具有的矫顽力。存在的课题是，作为原料的合金粉末过小时，表面积会增大，容易在表面形成Nd 的氧化物及氮化物。这会妨碍矫顽力的提高，因此以前合金粉末的微细化极限为4.5μm左右。

为了解决这一问题，大同特殊钢、三菱商事及美国Molycorp 决定量产微细化钕磁铁。3家企业预定共同出资成立新公司，从2013年1月开始量产这种钕磁铁。将采用作为钕磁铁诞生之父而知名的佐川真人担任代表董事的风险企业日本INTERMETALLICS 公司开发的生产技术（图10）。

图10：对结晶粒进行微细化

大同特殊钢、三菱商事与Molycorp 成立的新公司，将采用日本INTERMETALLICS 公司开发的钕磁铁生产技术。（图（a ）照片为三菱商事的资料） INTERMETALLICS 公司开发的生产技术是名为“Pressless Process（PLP ）

”的烧结法。据该公司介绍，该技术在烧结合金粉末时无需加压，与原来的技术相比，可实现生产设备的小型化。可在氩（Ar ）环境中完成所有工序，因此即便对合金粉末进行微细化，也可防止Nd 的氧化物及氮化物的形成，从而防止矫顽力降低。新公司预定采用3μm合金粉末。而且，由于能够以基本与产成品相同的形状进行近终形成型*，因此几乎不需要研磨加工，从而使成品率提高。

*近终形成型：形状接近于最终产品的成型法。具有可降低机械加工及电加工等成本的优点。 INTERMETALLICS 目前还在改进用来粉碎作为原料的合金粉末的喷射式粉碎机（Jet Mill）*。不使用常用的氮气（N 2），而是使用较轻的氦（He ）气。据该公司介绍，由此可在短时间内进行粉碎。实验时，该装置在抑制Nd 氧化物形成的同时，成功将合金粉末微细化至

1.1μm。

*喷射式粉碎机：通过从喷嘴高速喷射惰性气体，来加快粉末粒子的速度，使粒子相互碰撞来粉碎的装置。

钕磁铁的“2014年问题”

接下来，我们再来看看日本厂商是如何应对第②个问题——中国磁铁厂商崛起的。目前，最有效果的是行使日立金属在美国取得的钕磁铁基本专利权。该公司目前只与11家企业签署了专利授权协议，其中包括信越化学工业与TDK 两家日本厂商，4家欧洲厂商与5家中

国厂商。

据日立金属介绍，未签署授权协议的中国磁铁厂商，不能向美国等基本专利备案的国家销售钕磁铁。而且，还禁止已提供专利授权的海外厂商在日本国内销售这种产品。尽管有些磁铁在非法销售，但“具有一定程度的抑制力”（钕磁铁业内人士）。

不过，日立金属持有的这项基本专利将在2014年7月结束有效期，而且绝大部分授权协议也会在同一时期失效（图11）。该公司打算在2014年以后“利用外围专利探索新机制”（日立金属NEOMAX 公司企划部长兼熊谷制作所所长诹访部繁和）。但很多磁铁业内人士认为，“中国厂商很有可能会展开低价攻势”。（未完待续，记者：佐伯 真也、狩集 浩志，《日经电子》）

图11：钕磁铁的2014年问题

日立金属与日本、欧洲及中国的11家磁铁厂商，签署了钕磁铁专利授权协议。在美国，基本专利的有效期将于2014年7月结束。