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2024年11月6日，题为“A trade-off between the diffusion depth, the thickness of the Tb-rich shell and the surface grain coarsening during the grain boundary diffusion of sintered Nd-Ce-Fe-B magnets”的研究论文在线发表于《Materials Characterization》。该研究由江苏科技大学团队完成，通讯作者为陈夫刚副教授。该研究发现，在烧结Nd-Ce-Fe-B磁体的晶界扩散过程中，存在一个权衡点，即在增加扩散深度和Tb富集壳层厚度的同时，必须避免过度的表面晶粒粗化。研究者们开始探索使用Ce作为部分替代元素的Nd-Ce-Fe-B磁体，以降低生产成本并实现稀土资源的可持续利用。然而，随着Ce替代Pr/Nd的增加，磁体的磁性能会恶化，尤其是在高温度环境下的低矫顽力限制了Nd-Ce-Fe-B磁体的应用。本研究试图解决的关键问题是如何通过晶界扩散过程（GBDP）提高Nd-Ce-Fe-B磁体的矫顽力，同时避免表面晶粒的过度粗化。研究通过控制扩散时间来研究扩散深度、Tb富集壳层厚度和表面晶粒粗化之间的相互作用，以及这些因素如何影响磁体的磁性能。实验中使用了由包头天石稀土新材料有限公司的尺寸为15×15×4（c轴）mm³的烧结Nd-Ce-Fe-B磁体，其成分为(Nd, Pr)16.2Ce15.3FebalB0.92M1.15，其中M代表Al、Cu、Co、Ga、Nb的混合物。实验中使用的Pr60Tb10Cu15Ga15（原子百分比）合金通过电弧熔化Pr、Tb、Cu和Ga制备，然后切割成0.5 mm厚的片材以匹配磁体尺寸。通过测量合金的熔化温度为461°C。在进行扩散实验之前，将扩散片和样品用砂纸打磨并用酒精擦拭干净。将扩散片放置在磁体的两个极面（15×15 mm²）上。GBDP实验在860°C的温度下进行，真空环境为5×10⁻³ Pa，并在500°C下进行2小时的退火处理。实验结果显示，与原始退火磁体相比，扩散1小时和3小时的磁体矫顽力分别增加了148 kA/m和290 kA/m，而扩散9小时的磁体矫顽力与扩散3小时的磁体几乎相同。微观结构分析表明，随着扩散时间的增加，表面晶粒粗化加剧，导致表面扩散通道减少，从而降低了扩散效率。此外，磁体与扩散源之间观察到了强烈的互扩散。微磁模拟研究进一步揭示了即使扩散深度和Tb富集壳层厚度增加，严重的表面晶粒粗化也会限制矫顽力的提高。![]()
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本研究深入探讨了烧结Nd-Ce-Fe-B磁体在GBDP过程中的磁性能与微观结构演变之间的复杂关系，特别关注扩散时间作为关键变量的影响。结果表明，一旦扩散时间超过3小时，矫顽力就无法通过增加扩散时间进一步有效增强。微观结构分析揭示，延长扩散时间会导致Tb富集壳层的厚度和渗透深度增加，但表面晶粒粗化随着更长的扩散时间而加剧。微磁模拟进一步表明，尽管Tb富集壳层的厚度和整体扩散深度增强，但严重粗化的表面晶粒显著降低了磁体表面的抗退磁能力，这最终限制了延长扩散时间后矫顽力的进一步提高。本研究为理解扩散时间、微观结构演变和矫顽力增强之间的复杂相互作用提供了宝贵的见解。引用格式：J. Wang, F. Chen, X. Wang, Y. Zhao, J. Fu, A trade-off between the diffusion depth, the thickness of the Tb-rich shell and the surface grain coarsening during the grain boundary diffusion of sintered Nd-Ce-Fe-B magnets, Materials Characterization, 218 (2024) 114527. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2024.114527.陈夫刚，江苏邳州人，1988年生，工学博士，副教授，硕士研究生导师，2018年毕业于上海交通大学，主要从事磁性材料的研究工作，江苏省“双创博士”（世界名校类），江苏省“科技副总”，江苏省“技术能手”，江苏科技大学“深蓝杰出人才”。主持完成国家自然科学基金青年项目、中国博士后基金面上项目、江苏省自然科学基金青年项目、江苏省产学研合作项目、企业委托技术开发课题等多项课题。近年来在Acta Materialia、Scripta Materialia、 Journal of Applied Physics、Journal of Alloys and Compounds、Journal of Magnetism and Magnetic Materials、Materials Characterization等期刊上共发表SCI论文50余篇，其中，第一作者（通讯作者）20篇，第一发明人获国家授权发明专利7项。现为Journal of Magnetism and Magnetic Materials、Journal of Alloys and Compounds、Journal of Non-crystalline Solids等刊物的审稿人。2023年指导学生获得材料热处理创新创业赛全国二等奖，2022年指导学生获得第五届全国大学生冶金科技竞赛一等奖。2021年获江苏科技大学“优秀学业导师”，江苏科技大学“优秀共产党员”称号。2022-2023学年获江苏科技大学“教学优秀奖”。
https://mypage.just.edu.cn/clkxgc/cfg/list.htm
