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6月24日，由有研稀土、有研稀土（荣成）、北京有色金属研究总院、东北大学研究团队（通讯作者：罗阳教授级高级工程师、）完成的关于GBDP过程烧结钕铁硼磁体的微观结构演变的研究成果发表于《Journal of Materials Science & Technology》。该研究发现了TbFe2相的形成，并深入探究了晶界扩散过程(GBDP)中铽(Tb)的作用机制。将商业烧结Nd-Fe-B磁体（Nd21.78Pr6.76Fe69.10B0.97Mbal (M
= Co, Cu, Ga, Zr, Sm, wt.%) ）切割成8 mm×8 mm×4 mm的小块，并抛光两个c-平面以准备溅射沉积。采用磁控溅射技术在磁体上沉积纯Tb金属和Tb-Cu合金。溅射在高纯度氩气氛围中进行，严格控制真空度、气体流量、压力、功率和时间。对磁体进行950℃的8小时退火和500℃的3小时回火处理，整个热处理过程在真空中以15℃/min的速率进行。将磁体加热至650℃至950℃的不同温度，并保持5分钟，然后迅速在水中淬火以固定高温下的微观结构。实验结果显示，在750℃时发现了TbFe2相，其元素组成接近于铽(Tb)和铁(Fe)的1:2比例。
进一步的950℃淬火样品中，观察到了明显的核壳结构，并通过透射电子显微镜(TEM)和原子探针断层扫描(APT)技术，详细分析了元素的分布和迁移趋势。
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研究团队深入分析了TbFe2相的形成机制，指出这一新相的形成与Nd2Fe14B相的分离密切相关，且TbFe2相的形成对晶界扩散过程(GBDP)有显著影响。作者们利用混合热和相分离理论，解释了TbFe2相的形成趋势，以及它如何排斥钕(Nd)元素，从而影响GBDP中的元素扩散。![]()
进一步讨论了TbFe2相对磁体微观结构和磁性能的影响，尤其是在不同温度下对Nd2Fe14B晶粒的溶解和再固化过程。作者指出，TbFe2相的形成不仅改变了晶粒表面的成分，还可能影响磁体的矫顽力。此外，通过分析不同区域的元素分布，确认了解溶-再固化机制在GBDP中占主导地位，而非原子替代机制。![]()
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综上，本论文为了研究加热过程中的微观结构演变，铽(Tb)金属被沉积在烧结的钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体上。然后，通过在不同温度下淬火来研究相和微观结构。当加热温度达到750℃时，在Tb膜和晶界(GB)中都发现了TbFe2相。Tb-Fe的混合热(-3 kJ/mol)低于Nd-Fe(1 kJ/mol)，导致Nd2Fe14B相分离形成TbFe2相。在Tb和TbFe2相的二元共晶温度(847℃)以上，由于磁体表面附近区域Tb浓度高，Tb和TbFe2溶液可以完全溶解Nd2Fe14B晶粒。然而，磁体内部的Tb含量很低，只能部分溶解晶粒表面。在冷却过程中，(Nd, Tb)2Fe14B相从TbFe2、Nd和Tb的溶液中固化形成。已经证明TbFe2相在含Tb的GBDP中占主导地位。电子探针微分析(EPMA)和原子探针断层扫描(APT)被用来从宏观和微观两个角度分析核壳结构的形成机制。结果支持了解溶-再固化机制是GBDP中的主要机制。抑制TbFe2相的形成可以帮助减少Tb的消耗并提高矫顽力。通讯作者介绍：
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https://www.grinm.com/s/2700-7095-8226.html
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https://www.grinm.com/s/2700-7102-8333.html
附录信息
论文的发表日期：2024年7月5日
发表的期刊名称：Journal of Materials Science & Technology
论文标题：Novel mechanism of the grain boundary diffusion process with Tb based on the discovery of TbFe2 phase
论文作者：Wendi Zhang, Zilong Wang, Xiaojun Sun, Weibin Cui, Haijun Peng, Wenlong Yan, Yang Luo, Dunbo Yu
论文的DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.jmst.2024.05.081
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