風力発電、新エネルギー車、スマートフォン、コンピュータハードディスクに至るまで、これらの設備の内部には、レアアース永久磁石材料という不可欠な新しい材料が発見されます。我が国の経済と科学技術の急速な発展に伴い、希土類永久磁石材料は電子、コンピュータ、情報通信、医療、航空宇宙、自動車、風力発電、環境保護・省エネなどの伝統と新興分野で極めて重要な役割を果たし、すでにハイテク技術の発展と現代経済の進歩を促進するかけがえのない重要な材料となっている。「中国製造2025」の5大プロジェクトの中核となるハイエンド装備革新プロジェクトを例に、その10大重点分野の中には、いずれも希土類永久磁石材料の応用の姿があり、それをどこにでもある「工業味の素」にたとえても過言ではない。

小さな磁石、大きなエネルギー

磁性は物質の最も基本的な属性の一つであり、3000年前から認識され利用されてきた。単一の永久磁石は誰もが知っているように、その磁力線は閉鎖されているが、複数の永久磁石を組み合わせた磁力線はどうなっているのだろうか。1979年、米国の学者Klaus Halbachは複数の永久磁石を特殊な法則に基づいて組み合わせ、多くの特殊な磁力線表現があることを発見し、いくつかの特殊な応用を得た。それ以来、科学者たちはこれに深い興味を持ち、実用的な永久磁石の組み合わせがますます多く発見され、学界ではこれを総称してHalbach磁石と呼んでいる。

磁性材料は主に軟磁性、永久磁性、モーメント磁性、回転磁性、圧磁性の5種類に分けられ、国民経済の各分野に広く応用されている。その中で、永久磁石材料は通称「磁石」「吸鉄石」と呼ばれ、外部磁場によって磁化された後、一定の磁性を保つことができ、私たちの生活の中でどこにでも見られ、例えば箱のボタン、コンパス、音響ラッパはこの材料で作られている。

永久磁石材料はまた希土類永久磁石材料と非希土類永久磁石材料に分けられる。希土類永久磁石材料は現在の磁気エネルギーが最も高く、応用が最も広い永久磁石材料であり、新エネルギー自動車、風力発電、省エネ家電、スマート製造などの分野の進歩と発展の重要な支持材料である。「希土類永久磁石材料の生産技術の開発革新のおかげで、磁石の体積はますます小さくなっているが、その磁気エネルギーはますます高くなっている。1枚の重量が約2 gの高性能磁石は、自身の重量の64倍以上のものを吸着することができる」と希土類永久磁石材料国家重点実験室秘書、高級エンジニアの劉友好氏は紹介した。希土類永久磁石材料を信号伝動装置に使用すれば、装置の重要部品の体積と重量は大幅に減少し、信号伝送はより正確になる。2017年に工業・情報化部、国家発展改革委員会、科学技術部、財政部が共同で発行した「新材料産業発展ガイドライン」は、「希土類磁性材料及び応用デバイスの産業化の実現を加速させる」「希土類永久磁気省エネモータ及び関連希土類永久磁気材料の応用を大いに発展させる」と明確に指摘した。現在、すでに応用を実現した焼結ネオジム鉄ホウ素磁石希土類永久磁石材料はその高磁気エネルギー積、高性価比の優位性により、市場占有率は95%を超えた。

不完全な統計によると、近年、希土類永久磁石材料の電機類応用比率は60%を超えており、電動自転車から新エネルギー自動車、油田電機から鉱山機械、電動工具からエレベーター巻上機、ロボットから無人飛行機、エアコン圧縮機からポンプファン、大型天文望遠鏡から核融合反応装置、風力発電から水力発電、コンピュータから携帯電話、掃除機からおもちゃまで、希土類永久磁石応用は世界の隅々に及び、地球の磁場のようにどこにもない。

多種多様な希土類永久磁性材料

希土類永久磁気材料の国家重点実験室は合肥市蘆江県に位置し、2015年に科学技術部の許可を得て、安徽大地熊新材料株式会社に頼って建設と運営を行った企業の国家重点実験室である。実験室の展示室に入ると、方形、円形、瓦形、台形などの異なる形状の磁石、表面に亜鉛、銅、ニッケルなどの異なる金属めっき層を有する磁石、自動車用モータのロータ、振動モータ、音響などの部品にはめ込まれた磁石もある。近年、実験室はネオジム鉄ホウ素磁石の製造技術とミクロ構造特徴を結合し、高保磁力、耐高温、低重量などの高性能/超高性能希土類永久磁石材料の製造技術を突破し、粉体表面改質、粒界修飾、強織構造プレス成形などの技術を核心とする希土類永久磁石材料の製造技術体系を構築した。この分野では、実験室は国家基準7項（実施済み4項、承認申請中3項）を制定し、特許出願27件（うち特許20件）、特許付与15件（うち特許8件）を申請した。

また、実験室は高性能/超高磁性焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁性材料の開発を完成し、材料の内部保磁力と最大磁気エネルギー積数値の和は最高79.5に達することができる、高熱安定性焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁石材料の開発を完成し、磁石の最高使用温度は250℃に達することができる、高耐食性希土類永久磁石材料の開発を完成し、磁石は500時間の高圧加速老化寿命試験を経て、材料は腐食減量が2 mg/c㎡未満であった。研究開発した「33 TH型超高保磁力焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁石」「自動車電機用48 SH型焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁石」は安徽省の新製品に選ばれ、磁石の総合性能は国内トップ、国際先進レベルに達し、新エネルギー自動車駆動電機、工業機械人、周波数変換エアコン圧縮機電機などの分野の応用需要を満たした。

希土類永久磁気の被覆防護能力を高めるために、実験室はまたグリーン/高効率防護技術体系を開発し、国家基準3項目を制定し、特許24件、特許16件を申請した。そのうち、「ハイエンド希土類永久磁石モータ用磁石及びその表面グリーン防護産業化キーテクノロジー開発」プロジェクトは安徽省科学技術進歩一等賞1項、「希土類永久磁石材料防腐キーテクノロジー革新と産業化応用」プロジェクトは冶金科学技術三等賞1項を受賞した。焼結ネオジム鉄ホウ素磁石の異なる使用環境における腐食失効機構の研究を通じて、実験室は低排出の希土類永久磁石表面前処理技術、真空蒸着Alめっき技術、亜鉛アルミニウムコーティング技術などの新型グリーンコーティング及び複合コーティング技術を開発し、磁石表面前処理過程の汚染物排出量を90%減少させ、めっき結合力を30%向上させ、耐塩霧試験時間を1000時間超え、高圧加速老化寿命試験時間を600時間超えた。

希土類永久磁石材料をリサイクルするための科学技術の支援

1980年代に第3世代希土類永久磁石材料ネオジム鉄ホウ素が登場して以来、磁気応用は爆発的に増加し、2000年には我が国は希土類永久磁石材料の最大生産と応用国となった。希土類永久磁石材料の応用技術は受動（電気エネルギーの追加提供を必要としない）、無接触（空気遮断作用、機械的摩耗がない）、構造が簡単、省エネ、環境保護、安定、信頼性などの多種の突出した優位性を有する。また、希土類永久磁石モータも効率が高く、電力密度が高く、モーメント（トルク）が高く、体積が小さく、騒音が小さく、温度上昇が小さく、安定性信頼性が良いなどの特徴から、近年ますます人々に愛されている。

「希土類永久磁石材料の需要が日増しに盛んになる現在、廃棄磁石のグリーン再生産業化技術の研究は非常に重要である」と実験室の責任者は紹介した。実験室は先頭に立って我が国初の「再生焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁石材料」国家基準を制定し、「ネオジム鉄ホウ素廃棄物化学分析方法第1部：希土類酸化物総量の測定」業界基準の制定に参与し、「希土類ネオジム鉄ホウ素磁石廃棄物分類、一般要求と検収条件」国際基準、「ネオジム鉄ホウ素生産加工回収料」国家基準と「廃棄焼結ネオジム鉄ホウ素磁石再生利用技術規範』業界標準は各1項、特許申請は2件、特許授権は1件である。このうち、「42 H型再生焼結ネオジム鉄ホウ素永久磁石」は安徽省の新製品に選ばれ、「希土類永久磁石二次資源グリーン再生新技術及び産業化」は教育部技術発明一等賞、「希土類永久磁石工業固体廃棄物の高効率回収と再利用」は安徽省科学技術進歩三等賞を受賞した。

長年にわたり、実験室は廃棄されたブロック状磁石の開発と油泥の加工の短プロセスの迅速かつ高効率な再生技術の開発に力を入れ、希土類資源の循環利用を実現した。再生磁石の主な性能は原始磁石の性能を超えており、その他の性能も原始磁石と同等であり、通常磁石の代わりに各分野に応用することができる。廃棄磁石の再生利用技術は国内トップレベル、国際先進レベルに達し、「製造―消費―回収―再利用」希土類資源循環経済チェーンを完備し、希土類業界の原生鉱物資源への過度な依存を緩和した。

（転自：上海市希土類協会）