黑色像吸铁石一样的手链，黑色的磁铁是什么材料

马斯克提出下一代永磁电机将不再使用稀土，一石激起千层浪，甚至股票市场都受到了影响。但是马斯克的说法到底是噱头，还是预示着市场发展的方向呢？我是东城观星，跟大家聊聊不用稀土的磁铁能有多强。

大家都知道，稀土制造的永磁铁，带来了一场动力革命，不仅仅是新能源汽车，还有家电、通讯等很多领域都已经离不开稀土永磁铁了。而稀土资源有限，有些国家甚至受到了稀土供应的威胁。于是乎，找到不用稀土的永磁铁是势在必行的科学研究方向。

其实不用稀土的磁铁有很多，除了电磁铁以外，永磁铁也有很多不用稀土的。比如中国四大发明之一的司南，就是使用以四氧化三铁为主要成分的天然磁石，这就是一种不需要稀土的磁铁。当然，天然的磁铁磁性太弱，在工业上使用价值不算太高。人工方法合成更强的磁铁，始终是一个很重要的科学研究领域，也是工业化推进不断发展的领域。

早在20世纪30年代就研发出了铁氧磁体和铝镍钴磁体，其中铝镍钴磁体因为磁性强，稳定性好，而在军工航天等尖端行业应用起来。而铁氧磁体虽然磁性比较弱，但因为生产成本低、生产工艺简单，工业化比较容易，而得到更大范围的应用，直到今天还在很多领域有所应用。

到20世纪五六十年代，稀土永磁铁才真正研发出来，而且陆续推出了三代稀土永磁铁，一代更比一代强，一旦稀土永磁铁投入使用以后，铁氧磁体和铝镍钴磁体就都不香了。尤其是目前大行其道的钕铁硼磁铁，简直是性能逆天的永磁铁。磁力强、体积小，我们可以用它制造强力电机和微型电机，就连我们手机里的震动功能都离不开稀土磁铁。于是乎一提到永磁铁，大家就会想到稀土，似乎没有稀土就不叫磁铁了。

但是，随着稀土供应越来越紧张，而强力磁铁的用途也越来越广，寻找替代稀土的新型永磁材料早就提上日程，而且已经有很多靠谱的研究成果，实验证明不用稀土制造强力磁铁并不是梦。

目前曝光出来的，最有前途的强力磁铁是氮化铁磁体，就是铁的氮化物。铁的氮化物有很多，而且很多都有不错的磁性，其中有一种（α“-Fe16N2）是最有潜力的，根据理论推测，这种物质的磁性理论上可以比钕铁硼磁铁还要强30%以上，而且主要成分就是铁和氮，原料成本远远低于稀土磁铁。更有意思的是，美国已经有公司生产出了这种磁铁，并用这种磁铁制造了电动机，同等马力条件下，用氮化铁磁体制造的电机体积和重量比钕铁硼磁铁制造的还要小。这就很有诱惑力了。按马斯克追求极致的性格，选用这种磁铁，一点也不意外。

但是，这种氮化铁磁体并不是什么新鲜事物，早在1951年就已经制备出了这种物质，1972年发现了它的强磁性。但直到今天仍然没有进入永磁铁的主流市场，恐怕就不是大家想象的那么简单了。

为啥五十多年来，氮化铁磁体没能替代钕铁硼磁体，甚至都几乎没有厂家生产这种磁体呢？显然是这种磁体并不好生产！铁很便宜，氮气也很便宜，但用铁和氮气生产的氮化铁磁体并不便宜。这就像虽然碳很便宜，但用碳生产的金刚石、石墨烯、碳纳米管甚至碳纤维都不便宜。原因很简单，就是生产工艺太复杂。

能形成磁性的几种氮化铁都是不稳定的，从化学的角度来说处于不稳定状态，很容易转变成其他物质或其他状态。一个本身就不稳定的物质，想让它长期稳定存在，还要做重体力劳动，你想想这里面的难度有多大？更值得一提的是，并不是每一种铁氮化合物都适合做磁铁，也不是每一种能产生磁性的铁氮化合物都有那么好的性能。目前最有价值的就是α“-Fe16N2，它才是有机会能替代钕铁硼磁铁的。

这种物质的生成条件非常严苛，对铁和氮的比例要求很高，误差稍微大一些，就不是这种物质了，自然也就没有那么强的磁性了。这还不是最难的，最难的是，怎样做到精准比例把铁和氮弄到一起去反应，还得保持特定的结构。要知道铁是金属，氮是气体，固体和气体的反应本身就很复杂，想精准控制比例那可比两种金属或者两种气体混合在一起复杂太多了。就算能做到这一点，想得到理想产品也是非常不容易的，因为还有结构的要求。也就是，不仅要数量对的上，反应姿势还得正确才行，结构不对，也是废品。

我就给大家说说几种常用的合成技术，你就可以理解合成这个东西不简单了。常用的合成方法有磁控溅射法、分子束外延法、N离子注入法、球磨法以及低温氮化法。怎么样？听起来哪个更容易一些？恐怕都是高大上吧？这还不算完，所有这些方法所制备出来的磁体，并不是磁铁，而是磁粉或者是一种磁性膜，跟我们想要的磁铁都不是一回事。那种块状的磁铁，想制备出来恐怕还要难上很多。

就算最终已经有公司能做出比钕铁硼还强的氮化铁磁体了，也并不是说马斯克就可以放心使用了。还有很多问题值得怀疑，磁性虽强，寿命怎么样并没有报道。要知道我们刚刚提到这种物质是一种不稳定的物质，如果一种磁铁寿命太短，那使用价值肯定不大。谁也不希望自己开着电动汽车，电池还有电就跑不动了，因为磁铁消磁，电机报废了。也不希望因为磁铁磁性逐渐消失，汽车越用力气越小。为了提高这种磁铁的寿命和磁性维持能力，恐怕需要耗费很多的精力和成本才能做到。就像钕铁硼磁铁，必须要精准添加特定的重稀土才能维持长寿命。不知道这种磁铁能否不用稀土就达到钕铁硼磁铁的寿命水平。

除了氮化铁，还有其他不含稀土的磁铁也有希望走向舞台。比如近期研究比较火的锰铋磁体合金，这也是一种不用稀土，而且原料成本比较便宜的磁体。虽然总体性能上比钕铁硼磁铁差一些，但是高温工作的能力比钕铁硼强，通过不断改进，还是可以享有自己一定的舞台的，至少比传统的铁氧磁体强多了。从生产工艺上，这种合金，虽然也有一定的加工难度，但要比前面提到的氮化铁简单太多了，工业化生产实践起来更容易。近期还研究出了一种新工艺，可以提高磁铁性能，避开了传统工艺的一些弊端。未来有希望应用到紧凑型电动机生产上，抢占稀土磁铁的市场。

说了这么多，马斯克选择无稀土永磁铁，并不是无中生有，也不像某些人说的性能肯定不如稀土磁铁。但是，短时间内，就算马斯克再牛，也改变不了稀土磁铁在永磁铁领域的地位。那些所谓的替代品，要么是性能比不上钕铁硼磁铁，要么是生产工艺太过复杂、生产成本太高，而没有优势。就算他们与稀土磁铁差不多，想实现替换也不是很容易的事情。

钕铁硼磁铁已经有了非常成熟的产业链，产业化规模和市场规模都远超任何新型磁铁。传统的磁铁企业肯定不会轻易冒险更换车道。虽然稀土资源有供应紧张的势头，但是作为轻稀土的钕元素储量还是比较丰富的，短时间内不会枯竭。更何况，虽然磁铁有用坏、报废的时候，但是稀土元素并没有消失，钕铁硼磁铁报废的时候，钕元素一点都不会少。现在已经形成了比较成熟的回收产业链，钕元素可以回收再利用，这样就可以形成一定的循环经济，稀土永磁铁不会轻易让出舞台。更值得一提的是，稀土磁铁相关研究还在深入开展，包括使用更廉价的稀土元素制造磁铁，和研发下一代磁性能更强的第四代稀土磁铁。这都是稀土磁铁不会被轻易替代的保障。

相反，那些无稀土磁铁，虽然抱着无稀土的噱头，但是产业化非常不成熟，市场空间非常有限。就算马斯克所有的汽车都选用无稀土磁铁，市场规模也远远比不上稀土磁铁。马斯克虽牛，想改变磁铁市场也绝不是说说而已，改变稀土市场更不可能。

就像苹果手机，自行研究的充电接口，不可谓不先进。但很快就要面临着被赶出关键市场的尴尬境地，欧洲和中国都要开展统一充电接口的行动了，统一充电接口大概率不会选择苹果家的接口。那苹果接口的市场将不断萎缩，最终会被边缘化。市场规模的缩小，必然意味着生产成本的提高，对企业来说绝不是个好消息。

同样的故事，马斯克也难以避免，如果中国和欧洲市场，对电动机、电池等领域给出更严格的规范，那些所谓的无稀土电机恐怕都没有机会进入中欧市场。不管你的技术多先进，如果跟市场主流规范不一致，就只能走被边缘化的路子。当初等离子电视抱着优秀的画质、成熟的技术而遗憾退场就是鲜明的例子。

所以，我个人认为就算马斯克选择了无稀土永磁电机，也必将是小众的产品，既不会动摇稀土永磁的地位，更不会动摇稀土战略资源的地位。当然，也不排除未来若干年以后，无稀土磁铁的生产工艺越来越成熟，生产成本越来越低，从而不断蚕食稀土磁铁的市场。

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