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7月17日，中科院力学研究所等单位研究人员在《Journal of Rare Earths》上发表了一篇题为“Grain boundary diffusion of sintered NdFeB magnets by TbAl coatings with various Aladdition amount”的研究论文，通讯作者许亿、夏原研究员。论文结果表明，适量的Al添加可以显著改善Tb富集壳层和晶界相的连续性和均匀性，从而在TbAl扩散磁体中实现78.4%的最大内在矫顽力增幅。
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近年来，晶界扩散过程（GBDP）作为一种新兴技术，通过在晶界处扩散重稀土元素，形成(Nd, HRE)2Fe14B核壳结构，有效提高了Hcj而不显著降低Br。本研究旨在探索低熔点金属（如Al）在合金扩散中的作用量对HRE元素GBDP的影响，以期在确定的HRE消耗下实现Hcj的更大提升。研究团队采用直接电流磁控溅射（DCMS）方法共溅射合成TbAl涂层，并系统研究了不同Al添加量对磁体磁性能、微观结构和元素组成分布的影响。
实验中，研究人员首先在自制的物理气相沉积（PVD）装置中制备TbAl涂层。选用含2.18 wt% Dy的商业N45SH烧结NdFeB磁体作为原始磁体进行GBDP。磁体被机械切割成25 mm×25 mm×3 mm（c轴）的矩形形状。实验中使用了高纯度（99.99%）的铽（Tb）和铝（Al）靶材，通过DCMS方法共溅射。溅射过程中，Tb靶电流固定在0.7 A，Al靶电流从0 A（样品Al-0）变化到1.5 A（样品Al-5），以改变TbAl涂层中的Al添加量。溅射压力设定为0.5 Pa，Ar气（99.999%纯度）流量为150 mL/min。所有样品在溅射后在真空管式炉中进行热扩散处理，温度为875℃，持续10小时，随后在500℃进行2小时的退火处理，均通过空气冷却。![]()
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实验结果显示，TbAl涂层的Al浓度随着Al靶电流的增加而增加，分别为0 at%（Al-0, 0A）、12.8 at%（Al-1, 0.3A）、22.7 at%（Al-2, 0.6A）、32.4 at%（Al-3, 0.9A）、42.4 at%（Al-4, 1.2A）和49.5 at%（Al-5, 1.5A）。纯Tb涂层的厚度为4.76 μm，TbAl涂层的厚度也随着Al靶电流的增加而增加。室温下的退磁曲线显示，纯Tb扩散磁体（Al-0）的Hcj从原始磁体的21.29 kOe迅速增加到25.14 kOe。随着Al靶电流的增加，Hcj持续增加，并在Al靶电流为0.9 A（Al-3, Al: 32.4 at%）时达到最大值28.16 kOe。然而，当Al靶电流进一步增加到1.2和1.5 A时，Hcj略有下降。与纯Tb扩散磁体相比，TbAl扩散磁体（Al-3）的Hcj增幅最大，提高了78.4%。此外，TbAl扩散磁体的Br总体呈下降趋势，但在Al-1到Al-2样品中Br的变化中可以观察到轻微的增加。![]()
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XRD结果显示，TbAl扩散磁体中Nd2Fe14B基体相的特征峰（006）向更高角度明显移动，表明在Tb富集壳层中形成了具有较低晶格常数的(Nd,Tb)2Fe14B相。TEM图像显示，原始磁体具有松散结构，存在明显的孔洞和微裂纹，而扩散磁体则显示出更致密的微观结构。随着Al添加量的增加，Tb富集壳层和晶界相的厚度减小，连续性更好，从而有效隔离了相邻的基体相。然而，当Al添加量过高时（Al-5），Tb富集壳层和晶界相在某些局部区域变得模糊甚至不可见。元素分布分析表明，适量的Al添加可以显著改善Tb富集壳层和晶界相的结构，而过量的Al添加则会导致Tb富集壳层和晶界相的结构恶化。![]()
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综上，本研究通过DCMS方法共溅射合成了具有不同Al添加量的TbAl涂层，并系统研究了其对扩散磁体的磁性能、微观结构和元素组成分布的影响。研究发现，适量的Al添加可以显著改善Tb富集壳层和晶界相的连续性和均匀性，从而实现更深的扩散深度和更致密的微观结构。这使得TbAl扩散磁体的Hcj在Al浓度为32.4 at%时达到最大值，增幅为78.4%。然而，过量的Al添加会阻碍Tb元素从晶界相向基体相的扩散，并增强磁稀释效应，从而对扩散磁体的磁性能产生负面影响。此外，Br的变化受到Tb富集壳层、密度和磁稀释效应等多种因素的影响。总体而言，适量的Al添加在提高Hcj的同时，也有助于增加磁体的密度，而过量的Al添加则会导致Tb富集壳层和晶界相的结构恶化，进而影响磁体的磁性能。引用格式：Li C, Xu Y, Li G, Gao F, Jiang W, Wang Y, Xia Y, Grain boundary diffusion of sintered NdFeB magnets by TbAl coatings with various Al addition amount, Journal of Rare Earths, https://doi.org/10.1016/j.jre.2024.07.014.通讯作者介绍
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http://sourcedb.imech.cas.cn/zw/rck0/fgjzj/xjzzgylx/202203/t20220328_6408627.html
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http://sourcedb.imech.cas.cn/zw/rck0/zgjzj/xjzzgylx/201211/t20121129_3694963.html
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