杭州电子科技大学等：通过协同改良Al或Ni提升Pr-Tb-Cu扩散源效率和抗氧化能力
文摘
科学
2024-07-26 09:00
北京
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7月19日，由华南理工大学、杭州电子科技大学、中国科学院深圳先进技术研究院等单位完成的“Boosting efficiency and oxidation resistance of Pr-Tb-Cu diffusion sourcefor Nd-Fe-B magnets by synergistic modification of Al or Ni”的研究论文在线发表于学术期刊《Corrosion Science》，通讯作者为杭州电子科技大学赵利忠教授。该研究提出了一种通过引入Al或Ni来同时提高Pr-Tb-Cu扩散源的扩散效率和抗氧化性的新策略，为开发高效、耐用的Nd-Fe-B磁体扩散源提供了潜在的解决方案。 尽管GBD工艺在提高磁体性能方面取得了显著进展，但现有的扩散源在存储、运输和应用过程中容易氧化，影响扩散效率和磁体性能。因此，提高扩散源的化学稳定性和抗氧化能力成为亟待解决的关键问题。实验中使用了商业N50烧结Nd-Fe-B磁体作为起始材料，将其切割成直径10毫米、高3毫米的圆柱体。通过在氩气氛围中电弧熔炼制备了Pr35Tb35Cu30、Pr35Tb35Al20Cu10和Pr35Tb35Ni20Cu10（原子百分比）的多组分合金带材。将这些合金带材粉碎成小于300微米的粉末，与酒精和聚乙烯醇（PVA）混合，制备成浆料形式的扩散源。将初始磁体抛光并用丙酮超声脱脂，清洁后的磁体在两个易平面（c-平面）上覆盖扩散源浆料，每个样品的Tb用量为2重量百分比。随后，这些磁体在900℃下进行4小时的扩散热处理，然后在500℃下进行3小时的退火处理。为了进一步理解Al和Ni合金化对PTC扩散源氧化抗性的影响，三种扩散源在含氧气氛中200℃下热处理8小时。使用差示扫描量热法（DSC）测定扩散源的熔点，使用永磁测量系统（MATS-2010 H, 中国）测定磁体的磁性能。实验结果表明，通过引入Al和Ni，Pr-Tb-Cu扩散源的扩散效率和化学稳定性得到了显著提高，同时Nd-Fe-B磁体的耐腐蚀性也得到了增强。差示扫描量热法（DSC）曲线显示，引入Al和Ni降低了PTC的熔点，有利于扩散源的充分渗透，从而进一步提高磁体的磁性能。在300 K下，初始磁体（N50）的矫顽力（Hcj）和剩余磁化强度（Jr）分别为1034 kA/m和1.43 T。扩散PTC后，Hcj增加到1603 kA/m，增加了569 kA/m。然而，其Jr和Hk90/Hcj意外地降低到1.38 T和0.65。相比之下，PTC-Al扩散导致更高的矫顽力增强（ΔHcj）804 kA/m和更大的方度0.85，Jr略有下降。![]()
此外，PTC-Ni处理的磁体矫顽力增强较低，但显示出更高的Jr（1.41 T）和Hk90/Hcj（0.87），使其等级达到50SH，甚至高于PTC-Al处理的磁体。这些结果表明，通过微观结构细化，优化磁性能与添加Al和Ni密切相关。在200℃氧化8小时后，PTC源的扩散效率显著降低，而PTC-Al和PTC-Ni源的氧化抗性更好。电化学腐蚀测试结果表明，PTC扩散后的磁体腐蚀电流密度（Jcorr）从14.92增加到17.76 μA/cm2，表明GBD处理增加了磁体的腐蚀率。有趣的是，添加Al和Ni的扩散源导致Jcorr降低到7.58和6.21 μA/cm2，表明腐蚀率降低。奈奎斯特图显示，PTC-Al和PTC-Ni扩散磁体具有最大的R2和R3值，表明其化学稳定性更好。![]()
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综上，本研究提出了一种通过引入Al或Ni来提高Pr-Tb-Cu扩散源的扩散效率和氧化抗性的新策略。实验结果表明，Pr-Tb-Cu-Al和Pr-Tb-Cu-Ni处理分别比Pr-Tb-Cu处理提高了804和636 kA/m的矫顽力。经过老化测试，Pr-Tb-Cu合金严重氧化，而Al或Ni的合金化有效抵抗了氧化，保持了扩散源的高扩散效率。此外，Al/Ni改性源的扩散还可以提高磁体的耐腐蚀性。首先，改性扩散源的增强效率可以归因于更低的熔点和由此产生的Pr和Tb的更深入渗透。其次，添加的Al或Ni在源上形成钝化层，并增加源中的非晶相，有效确保了氧化后源的扩散效率。最后，磁体的耐腐蚀性提高可以归因于晶界和2:14:1相之间的电位差减小，从而减轻了电偶腐蚀。- DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.corsci.2024.112300
- 引用格式：J. He et al., Corrosion Science 237 (2024) 112300
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