基于專利分析的鐵基非晶合金帶材產業發展研究
——以菏澤市為例

于連生

（菏澤市科學技術信息研究所，山東 菏澤 274000）

鐵基非晶合金帶材是由Fe、Si 和B 類金屬元素所構成的帶狀非晶合金材料，具有高飽和磁感應強度的特點，磁導率、激磁電流和鐵損等方面均優于硅鋼片。鐵基非晶/納米晶合金材料已被大量應用于配電變壓器、互感器、電抗器等器件，應用領域涉及電力電源、開關電源、儀器儀表、車載電子、工礦/石油、太陽能等領域[1-2]。

1 國內外產業發展現狀

1.1 國外鐵基非晶合金產業現狀

霍尼維爾公司曾是世界上最大的非晶材料制造商，是非晶材料制造技術平板流技術專利擁有者。2003年，日立金屬收購了霍尼維爾公司的非晶事業部，成為世界上最大的非晶帶材生產商[3]。日立金屬鐵基非晶/納米晶材料主導產品包括非晶軟磁合金材料Metglas和納米結晶軟磁合金材料FINEMET。Metglas 用作制造柱上變壓器等配電用變壓器使用的鐵芯，太陽能發電、風力發電等可再生能源用功率調節器的電抗器用有縫隙鐵芯。FINEMET 則是運用納米技術實現的微細結晶構成的新型鐵基軟磁材料，具有高飽和磁通密度和高導磁率，溫度特性和經時穩定性優異。

1.2 國內鐵基非晶合金產業現狀

中國鐵基非晶合金研發與應用研究始于1976 年，其中安泰科技股份有限公司率先開展相關產品研究，突破了非晶帶材在線自動卷取等技術，形成了帶材連續生產的多個核心技術，先后建成了百噸級鐵基非晶帶材生產線、千噸級鐵基非晶帶材生產線、萬噸級鐵基非晶帶材生產線，穩定生產帶材寬度已可達340 mm。

自2015年以來，中國非晶合金帶材產量顯著增加，目前中國已成為國際鐵基軟磁非晶/納米晶合金帶材生產和相關產品制造大國。中國主要的非晶合金帶材企業有安泰科技股份有限公司、青島云路新能源科技有限公司、中研非晶科技股份有限公司、中岳非晶新型材料股份有限公司、郎峰新材料股份有限公司等。

近年來，國內非晶帶材技術進步很快，質量進步明顯，在滿足配電變壓器節能需求方面進步尤為突出，全國多地也都提出建立非晶產業園，但因為國內產品相對單一、市場前景不夠明朗，鮮有地區對非晶合金產業園區進行推進。部分非晶寬帶企業受資金壓力、市場環境等影響，已進入重組或者兼并階段。

2 全球專利分析

2.1 申請量趨勢

通過IPteck 數據庫對全球專利進行了檢索。1977年以來非晶/納米晶帶材全球專利數量年度（基于專利申請年）變化趨勢如圖1 所示，從圖1 中可以看出，非晶/納米晶帶材領域相關技術發展大致分為1977—2010 年和2010 年以來2 個階段：第一個階段專利年申請量較少，屬于相關專利技術的萌芽階段，年均申請量在個位數，專利內容側重于基礎研究；第二個階段技術專利申請量迅速增加，結合相關文獻報道表面非晶/納米晶帶材產業化研究和產業化生產、應用不斷深入，非晶/納米晶帶材產業進入蓬勃發展期。

圖1 全球非晶/納米晶帶材相關專利申請量趨勢

2.2 區域分布

全球非晶/納米晶帶材相關專利申請國專利數量及占有率情況如圖2、圖3 所示。通過對非晶/納米晶帶材專利公開地域分布的分析，可以看出中國處于專利公開量的首位，其數量大幅領先于其他各個國家/地區，占據了63%的份額；日本、美國分列第二、第三。

圖2 全球非晶/納米晶帶材相關專利申請國專利數量

圖3 全球非晶/納米晶帶材相關專利申請國占有率

2.3 申請人分析

全球非晶/納米晶帶材相關專利主要申請人如表1所示。全球前10 大申請人中國企業占9 家，其中青島云路新能源科技有限公司以50 件專利占據首位，國外企業只有日本日立金屬1 家。說明了中國對非晶/納米晶帶材產業的重視，投入了大量資金和技術人員開展相關研究和產業化生產。

表1 全球非晶/納米晶帶材相關專利主要申請人

2.4 IPC 分析

IPC 分類說明如表2 所示，非晶/納米晶帶材相關專利IPC 分類分析如圖4 所示。從圖4 IPC 專利分類可以看出，非晶/納米晶帶材相關專利主要分布在B22D 11/06、H01F 41/02、H01F 1/153、C22C 45/02 和H01F 27/25 等領域。全球非晶/納米晶帶材相關專利技術集中在非晶/納米晶帶材生產制造相關技術領域，包括成分配方、加工工藝、生產設備等。非晶/納米晶帶材的應用研究集中在制造磁芯及變壓器領域。

表2 IPC 分類說明

表2（續）

圖4 非晶/納米晶帶材相關專利IPC 分類分析

3 中國專利分析

3.1 申請量趨勢

非晶/納米晶帶材中國專利申請量趨勢如圖5 所示。中國專利申請量趨勢基本和全球專利趨勢一致，自2010 年以來，專利申請量快速上升，這與中國相關企業紛紛上馬非晶/納米晶帶材項目，開展相關產品生產技術研發、工藝設備研制改造、產品應用研究等息息相關。

圖5 非晶/納米晶帶材中國專利申請量趨勢

3.2 主要申請人

非晶/納米晶帶材中國專利前10 位申請人如表3所示。申請人以非晶/納米晶帶材生產企業為主，相關專利主要產自非晶/納米晶帶材產業化過程。青島云路新能源及其關聯公司云路先進材料在其活動年期4 年的情況下，以68 項專利占據第一，表明了青島云路密集的投入了大量資金、人才開展了非晶/納米晶帶材相關研究，取得了豐碩成果。國外相關企業在中國專利申請量不多。

表3 非晶/納米晶帶材中國專利主要申請人

4 菏澤市鐵基非晶合金帶材產業現狀及展望

菏澤市非晶合金帶材產業起步較晚，主要研發生產非晶/納米晶合金帶材及相關產品的企業有山東華晶新材料股份有限公司和朗峰新材料（菏澤）有限公司2家，應用非晶合金帶材制造非晶合金變壓器的企業有山東達馳電氣有限公司和山東華馳變壓器股份有限公司2 家。

4.1 菏澤市相關企業

山東華晶新材料股份有限公司主要從事軟磁材料及相關制品、新型功能材料、高性能結構材料、電磁新材料、非晶帶材、輸變電及相關配套設施的生產和銷售。現有4 條具有國內先進水平的非晶合金鐵基帶材自動生產線，主導產品有142 mm、170 mm 寬的鐵基非晶合金帶材。在制造過程中采用了先進的快速凝固技術，節約能耗80%左右，而且制作過程中無污染排放，實現了綠色制造，其非晶合金產品具有高飽和磁感應強度（1.54 T）、高導磁性和低損耗的特點。以非晶合金為原料制成的變壓器鐵芯，其空載損耗與采用硅鋼片的傳統變壓器相比減少了75%左右，使非晶合金變壓器具有十分顯著的節能和環保效果，當非晶合金變壓器鐵芯用于油浸變壓器時，可明顯減排多種有害氣體。

朗峰新材料（菏澤）有限公司位于菏澤市高新技術產業開發區，是朗峰新材料科技股份有限公司全資子公司，主要從事非晶/納米晶帶材和以非晶/納米晶帶材為原材料的切割磁芯、磁珠、手機屏蔽片、手機無線充電器等產品的研發生產，其使用的“低損耗非晶、納米晶軟磁材料超薄帶材制備”專利技術達到了國際先進水平。

山東達馳電氣有限公司和山東華馳變壓器股份有限公司主要是采用非晶合金帶材研發生產非晶合金變壓器。達馳公司主導產品有750 kⅤ級150 萬kⅤA 及以下各種規格型號油浸電力變壓器、S11-S13 型節能變壓器、SH15 型非晶鐵心變壓器、35 kⅤ級2 萬kⅤA 及以下干式電力變壓器、箱式節能變電站、高壓組合電器（GIS）和封閉母線等，現已達60 多個系列1 000多種型號，年生產能力8 000 萬kⅤA。華馳公司主導產品有220 kⅤ級18 萬kⅤA 及以下各種規格型號的油浸電力變壓器、SH15 型非晶合金變壓器、35 kⅤ級2 萬kⅤA 及以下干式電力變壓器、風力發電專用升壓組合式變壓器、美式箱變等各種節能變電設備，年生產能力1 500 萬kⅤA。

4.2 菏澤市鐵基非晶合金帶材產業發展展望

菏澤市鐵基非晶/納米晶合金帶材產業剛剛起步，產品質量和規模能力有待提高。企業應充分發揮好院士工作站、企業技術中心等科技創新平臺作用，聚集行業內人才資源；重點開展非晶/納米晶關鍵核心技術研究開發，形成核心專利技術；加快工藝技術提檔升級，提升產業化技術水平和產品質量。如開發寬度300 mm 以上帶材產品，以滿足全容量配變需求；從非晶材料成分體系出發，開發高Bs 非晶帶材，降低非晶變壓器成本等。

深入步開展非晶/納米晶帶材產品應用研究，拓展產品應用領域。不斷挖掘非晶/納米晶合金帶材優良性能應用領域和產品，開展新產品、新工藝、新技術的研究開發。