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  • 未來市場滲透率近半,本土磁流變產業何時打破壟斷?

       2022-08-08 43680
    核心提示:“一代新材料、一代新汽車?!边@是曾經國際汽車界對新型材料一種形象說法。事實上,這不僅適用于過去,未來同樣如此。在新一輪科技革命和產業變革的推動下,智能化、電動化、網聯化、共享化正日益成為汽車行業發展的

    “一代新材料、一代新汽車。”這是曾經國際汽車界對新型材料一種形象說法。事實上,這不僅適用于過去,未來同樣如此。

     

    在新一輪科技革命和產業變革的推動下,智能化、電動化、網聯化、共享化正日益成為汽車行業發展的新趨勢。新的趨勢和新的變革,離不開眾多高科技新興材料工程的支撐,且在國際汽車界諸多專家對未來電動汽車技術發展方向預測中,磁流變流體的應用亦在其中。

     

    根據Transparency Market Research(TMR)的預測,在未來15-20年內,全球將有近半汽車減震器采用磁流變技術。但作為全球最大的汽車制造國,中國無論是在磁流變流體還是其汽車應用市場領域尚處空白階段。

     

    無可替代?磁流變究竟為何

     

    磁流變流體(Magnetorheological Fluids,簡寫MR或MRF),屬于流動性可控的新型智能流體,是由高磁導率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導磁性液體混合而成的懸浮體。

     

    而這些懸浮體,在外部無磁場時,呈現低粘度的牛頓流體特性;當受到磁場影響時,流體的表觀粘度會大大增加,達到粘彈性固體的程度。得益于這一特性,可以非常精確地控制流體在其活動狀態時的屈服應力,從而實現對控制對象的智能控制,是一種用途廣泛、性能優良的智能材料。

     

    MRF工作原理,(a)未通電,(b)通電狀態;
    圖片來源:《Modeling Behavior of Magnetorheological Fluids》Maher Y. Salloom, in Encyclopedia of Smart Materials, 2022

     

    事實上,盡管被定義為“新興材料”,但磁流變流體的出現遠比我們想象的久遠。

     

    早在19世紀40年代,美國科學家Jacob Rabinow便發明了磁流變技術,只可惜當時更多停留在實驗室內。直至最近幾十年,由于磁流變流體在力學方面的優勢,研究人員開始認真考慮開發這項技術的商業可行性,特別是隨著電子事業的迅速發展和擴充,促使磁流變流體的研發進入一個重新煥發的年代,并成為當前智能材料中研究較為活躍的重要分支。

     

    據TMR調研,目前全球磁流變材料年產值約為30億美元,5年內預計將超過40億美元。磁流變相關應用器件年產值則有望從目前的70億美元5年內躍升至300億美元。

     

    而磁流變相關應用器件中,磁流變阻尼器無疑是最為重要的應用領域之一。相較于汽車液壓及電磁閥式設計的傳統阻尼器,磁流變阻尼器有著更快的響應速度和更大的阻尼變化范圍。

     

    磁流變阻尼器結構示意圖;圖片來源:LORD

    從一定程度上說,磁流變技術是目前已知響應速度最快且可實現量產化的汽車減震技術解決方案,且無可替代。

     

    收購巨頭,未改被壟斷厄運

     

    聚焦汽車應用領域,21世紀初期,脫胎于通用汽車的德爾福成功研制出采用磁流變技術為核心的減震器以及電磁懸架系統。

     

    在此后的二十余年中,通用旗下凱迪拉克、克爾維特以及法拉利、保時捷、奧迪、謳歌、捷豹路虎等旗下幾乎所有頂級豪華運動車型都曾使用過這項技術,但截止目前全球也僅有百萬余輛的保有量,究其原因無外乎技術高度壟斷化所帶來的高昂成本制約。

     

    凱迪拉克MagneRide 4.0電磁懸架系統;圖片來源:凱迪拉克

    據蓋世汽車不完全統計,以磁流變流體為基本檢索要素在谷歌專利庫進行檢索發現,截至2022年8月4日,磁流變流體相關基礎專利仍集中于洛德(LORD)、德爾福以及通用汽車相關企業。三者密切綁定,龐大的基礎專利布局幾乎壟斷了全球所有相關應用領域。

     

    2009年,京西重工(BWI)成功收購德爾福旗下減震制動部門,隨后便推出新一代磁流變減震器,通過雙線圈技術規避了渦流損耗問題,使得響應可在每秒變化1000次。

     

    彼時,眾人歡呼,認為這一收購有望一舉打破美國對于磁流變阻尼器技術的壟斷??涩F如今LORD仍然作為“BWI公司的磁流變流體技術唯一供應商”的現實打破了這場“奢望”。

     

    截至8月4日,BWI(圖左)與LORD(圖右)官網關于磁流變流體相關介紹;圖片來源:官網截圖

     

    這意味著,中國汽車業想要真正打破這一技術壟斷,唯有全棧自研。

     

    萬千專利,“做題家”的逆襲

     

    近期,“做題家”這個新近的流行詞,再度被提起。不管前綴是“小鎮”還是“小縣”“小城”這三個字都代表著一種對于平凡出身的自嘲??蓮囊欢ǔ潭壬侠斫?,相較于全球汽車強國,中國又何嘗不是“做題家”?

     

    本土汽車產業起步晚、技術空心化、人才儲備匱乏等一系列的發展困境,成為制約中國汽車業大而不強的痛點所在。在當前地緣政治博弈大背景下,脆弱的全球供應鏈讓我國汽車產業清醒地認識到關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的。

     

    想要實現汽車強國夢,必須聚焦“內循環”,尤其是關鍵核心材料。

     

    值得肯定的是,近年來我國對于磁流變技術的研發工作已提上重要日程。就蓋世汽車不完全統計,以磁流變流體為基本檢索要素進行檢索,當前中國(含臺灣,以下適用)在相關技術領域已有超2000例專利布局。若以磁流變阻尼器作為基本檢索要素,則會發現我國相關專利的總數更是超過萬例,遠超美國。

    梳理專利可以發現,研發主體不僅只有以重慶大學、哈爾濱工業大學為主的高等院校,同時亦有多家本土企業的身影,讓我們看到了本土磁流變技術產業化的希望。

     

    這其中,博海新材依托于中南大學粉末冶金研究院,聯合國內外多所高校,經過多年研發,成為國內首家成功量產新型納米磁流變流體的企業。

     

    在成功打破由LORD產品在這一領域全球范圍內壟斷的同時,博海新材建立了自己的專利體系。截至目前,其已授權相關知識產權18 項,含國內發明專利3項,國外(日 本、美國、歐洲)發明專利3項,PCT專利3項。

     

    博海新材新型納米磁流變流體與LORD產品性能對比;圖片來源:博海新材

    經一家美國權威汽車公司的研發中心實驗室做的技術評估檢測數據顯示,博海新材的新型納米磁流變流體,即使以非常低的固體濃度,其屈服應力,抗沉淀性,溫度穩定性等磁性及流變性能已達到并超過LORD的產品。

     

    量產在即,本土產業亟待起航

     

    不可否認的是,從技術專利到產業化應用仍有不短的距離。“新材料的普及需要非常豐富的知識體系做支撐,這不只是材料性能上的突破,還需要在包括材料制備工藝、檢測方法/設備、器件設計、產業應對等全方位不斷縮短與行業先行者之間的認知差距。”博海新材總經理黃愷向蓋世汽車坦言。

     

    基于這一認知,他進一步表示,“接下來我們將專注于應用層研發工作,并開放合作,致力于產業伙伴共同推動磁流變技術在各個領域的產業化。”

     

    根據蓋世汽車了解,博海新材已在長沙建成完備的自控流體力學實驗室以及年產量3萬升的磁流變流體生產基地,在磁流變材料制備及其應用相關有大量的技術儲備,且已與全球上百家企業達成合作,合作伙伴不止于汽車領域,還涉及航空航天、精密制造、醫療、先進制造等。

     

    在被問及如何解決成本問題時,黃愷直言,“磁流變技術在成本上沒有絕對的瓶頸,它并不需要所謂的稀有金屬或稀缺的制備工藝,其器件的結構相較于傳統液壓減震器并沒有特殊裝置。”

     

    在他看來,我國擁有著全球任何一個地方都無法比擬的完整產業鏈、高效運作以及高度包容的市場。一旦脫離材料壟斷后,磁流變技術有望在短時間內被挖掘,得以最大化利用,從而推動成本進一步下探,直至無限貼近甚至低于當前主流的電磁閥式減震器售價。

     

    磁流變流體在不同磁場狀態下形態差異;圖片來源:博海新材

    “磁流變技術不只是限用于汽車領域,具有廣闊的應用前景,因此它不該被掌握在少數人手中。”黃愷如是說。

     

    面向未來,黃愷暢想道,“在汽車領域,博海新材將扮好Tier 2的角色,為Tier 1及主機廠提供更為優質且先進的磁流變流體及相關技術支持,推動汽車業在未來2年內迎來前裝量產。在其他領域,博海新材亦在致力于提供更完善的技術布局,力爭行業領先地位。”

     

    正如前文所說,在全球汽車智能化、電動化大背景下,磁流變技術普及已是既定認知,以博海新材代表的本土企業也已站上產業化的起點,蓄勢待發。


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