磁材系列深度（一）：磁材行业研究框架

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：高矫顽力、高剩磁强度，电机领域核心材料 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：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：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（1.2万吨/年）。 软磁材料：低矫顽力、高磁导率特性，电子器件核心材料 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：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：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/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 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。 一、磁性材料基本概念与分类 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。磁性材料按使用可以分为： 永磁材料：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，包括稀土永磁材料、金属永磁材料及永磁铁氧体。 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：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1：磁性材料分类 永磁材料的主要磁性能指标：剩磁感应强度（Br）、矫顽力（Hcb）、内禀矫顽力（Hcj）、最大磁能积（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（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（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（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（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 初始磁导率高：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^- 1~10^2A/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：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Bs：如果磁感应强度Bs高，则相同磁通Φ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：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。 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。 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1000 A/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2：磁性材料矫顽力随年代的变化 二、永磁材料：高矫顽力、高剩磁强度，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。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、铁氧体永磁和稀土永磁三类。 图表3：永磁材料分类 图表4：主要永磁材料性能对比 2.1金属永磁：初代永磁合金，应用于电气仪表等特殊领域 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 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，加工困难，多用于电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 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 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：性价比高、原料丰富、工艺简单、应用领域最广泛材料 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Fe2O3为主要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钡（Ba）铁氧体和锶（Sr）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，磁性能比湿压成型差。 图表5：永磁铁氧体种类及其磁性能比较 铁氧体永磁是目前应用最广泛的永磁材料。与其他