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6月24日，《材料化学与物理》期刊在线发表了一篇关于再生钕铁硼(NdFeB)永磁材料的研究论文。该论文的标题为“Vacuum Processing Temperature Effect on Highly Coercive Recycled NdFeB Permanent Magnets with Pr-based Alloy Addition”。通讯作者台湾高雄科学技术大学Ching-Chien Huang。该研究的主要结论是，通过添加Pr基合金并优化真空烧结及热处理条件，可以显著提升再生NdFeB永磁材料的磁性能和耐腐蚀性。
如何有效回收和再利用废弃的钕铁硼永磁材料，已成为材料科学领域的一大挑战。本论文针对这一问题，提出了一种创新的回收方法。研究团队通过在N40H级钕铁硼废料中添加Pr基合金，并优化真空烧结和热处理工艺，旨在提升再生材料的磁性能和耐腐蚀性。不仅能够实现材料的高效率回收，还能确保再生永磁材料的性能达到甚至超过原始材料的标准。本研究的实验过程包括以下几个关键步骤：首先，将从风力发电机中回收的N40H级钕铁硼永磁材料去除有机涂层，并与Pr90Co8Ga2合金机械破碎成小于10毫米的碎片。接着，将破碎的永磁材料与Pr25Nd75二元合金或Pr90Co8Ga2三元合金按97:3的比例混合。然后，采用氢气解吸(HD)方法将样品在氧气隔离的真空环境中加热，使样品内部氢化，导致内部应力膨胀并粉碎成粗粉末。粉碎后的样品经过筛分，分离出粗粉末和金属涂层片。为减少粉末在磁场对齐和压制过程中的摩擦，向粗粉末中加入润滑剂（硬脂酸锌），并通过喷射磨法将其磨成平均粒径小于4微米的细粉末。最后，将喷射磨后的粉末在1.8特斯拉的垂直磁场和20兆帕的单轴压力下磁场对齐并压制，形成体积密度为3.8克/立方厘米的绿色坯体。随后，在大于14000千克力/平方厘米的压力下冷等静压。烧结在1075°C和1085°C的真空气氛中进行5小时，烧结后的样品在真空中进行后烧处理。研究还探讨了四种不同的回收工艺：(1) 1085°C烧结5小时，900°C第一阶段热处理2小时，470°C第二阶段热处理2小时；(2) 1085°C烧结5小时，470°C热处理4小时；(3) 1075°C烧结5小时，900°C第一阶段热处理2小时，470°C第二阶段热处理2小时；(4) 1075°C烧结5小时，470°C热处理4小时。![]()
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实验结果显示，通过添加Pr基合金并优化烧结和热处理工艺，再生的NdFeB永磁材料的磁性能得到显著提升：添加Pr90Co8Ga2合金的再生磁体在1085°C烧结后，经过900°C的第一阶段热处理和470°C的第二阶段热处理，展现出了优异的磁性能。这些磁体的内在矫顽力(iHc)达到了1414 kA/m，剩余磁化强度(Br)为1.290 T，最大磁能积((BH)max)为315.4 kJ/m³，均符合N40H标准。![]()
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此外，加速腐蚀试验也表明，含有Pr90Co8Ga2合金的再生磁体具有更强的耐腐蚀性。电化学测试结果显示，未涂层的再生NdFeB磁体在3.5% NaCl溶液中的腐蚀电流密度(Icorr)显著降低，极化电阻(Rp)显著提高，表明其耐腐蚀性得到了显著提升。微观结构分析进一步揭示了添加Pr90Co8Ga2合金如何通过改变晶界和三重结区域的相组成，从而提高再生磁体的耐腐蚀性和磁性能。具体而言，Co和Ga的加入有助于形成更稳定的Nd富相，减少电化学电位差异，降低腐蚀驱动力，并促进非铁磁性晶界相的形成，从而增强材料的矫顽力。![]()
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本研究成功开发了一种经济有效的NdFeB磁体回收方法，无需使用昂贵的重稀土元素添加剂，即可实现大规模生产。通过添加Pr基合金并优化真空烧结及热处理工艺，再生磁体的磁性能和耐腐蚀性得到了显著提升。研究结果表明，该方法不仅能够恢复磁体的磁性，还能将其性能提升至超过原始磁体的水平。论文引用格式：C.-C. Huang, C.-C. Mo, B.-X. Huang, Vacuum Processing Temperature Effect on Highly Coercive Recycled NdFeB Permanent Magnets with Pr-based Alloy Addition, Materials Chemistry and Physics, https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2024.129648.
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