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8月22日，期刊《Journal of Alloys and Compounds》在线发表了一篇题为“Construction of Tb-rich shells via novel interdiffusion approach to tackle coercivity-remanence trade-off”的研究论文。该论文由钢铁研究总院、东北大学研究团队完成，通讯作者为钢铁研究总院朱明刚教授。该研究开发了一种新型的氢气解吸（HD）基互扩散技术，实现了在成本效益和高性能之间取得平衡的烧结Nd-Fe-B磁体。 Nd-Fe-B高剩磁（Br）与高矫顽力（Hcj）之间的相互制约一直是限制其在特殊设备和环境中应用的主要问题。传统上，通过添加重稀土元素如镝（Dy）和铽（Tb）来提高Hcj，但这会降低单元格的饱和磁矩，并且增加成本。本论文提出了一种基于氢气解吸的新型互扩散方法，通过在晶粒表面生成连续的Tb富集壳层，旨在实现高Br和高Hcj的平衡。实验过程采用了粉末冶金工艺（PMP），以制备高性能的烧结Nd-Fe-B磁体。实验始于真空感应熔炼（VIS），通过这一技术，研究者们制备了两种不同成分的条状铸造（SC）片材，分别为Nd28.6Tb0.9FebalM0.5B0.9（SC1）和Nd28.6Tb0.9FebalM0.5B0.9（SC2），其中M代表Co, Cu, Ga, 和Zr元素。随后，SC片材经历了氢气降解（HD）过程，包括氢气吸收和脱氢两个阶段。在氢气吸收阶段，片材在1小时内吸收氢气并释放大量热量，然后冷却至室温。脱氢阶段则是在560℃的真空中进行6小时，促使氢化物分解，生成Nd/Tb和Nd2Fe14B。气流磨（JM）步骤将HD处理后的SC片材细化，为后续的压制和烧结准备粉末。在压制阶段，使用20 kOe的磁场对粉末进行方向压制，确保粉末颗粒的取向一致性，这对最终磁体的磁性能有重要影响。之后，在200 MPa的压力下进行冷等静压。对于Mag-Tb&HD样品，将机械粗碎的SC1片材和球磨Tb粉末以0.9%:99.1%的质量比在三维混合器中混合4小时，确保了Tb与Nd-Fe-B粉末的均匀混合。接下来是高温烧结，在1065-1080℃的高真空环境下进行3-5小时，形成高密度和良好微观结构的磁体。烧结后，进行初次回火（2小时，880-910℃）和二次回火（3-5小时，470-500℃），优化晶界形态，进一步提升磁体性能。![]()
实验结果显示，通过新型互扩散方法制备的磁体（Mag-Tb&HD）具有最高的最大磁能积（(BH)max）52.21 MGOe，优于仅含有0.9 wt% Tb的SC片材制备的磁体（Mag-Tb&SC，(BH)max=49.36 MGOe）和通过喷射磨削添加0.9 wt% Tb的磁体（Mag-Tb&JM，(BH)max=50.41 MGOe）。通过详细的微观结构和元素分布分析，发现Mag-Tb&HD中的Tb主要集中于晶粒表面，形成了Tb富集的硬磁性壳层，这不仅增强了晶粒表面的成核场，还减少了与均匀结构的(Nd, Tb)-Fe-B相比的剩余磁衰减。此外，EBSD测试表明，含Tb的磁体展现出优异的(00 l)纹理，表明晶粒高度取向，这对于获得优异的磁性能至关重要。![]()
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本研究通过在HD过程中混合SC片材与0.9 wt% Tb，成功开发了具有14.95 kGs的Br、10.21 kOe的Hcj和52.21 MGOe的(BH)max的高磁性能Nd29.5Tb0.9FebalM0.5B0.9烧结磁体。与Mag-Tb&SC和Mag-Tb&JM相比，Mag-Tb&HD在晶粒表面生成的均匀Tb富集硬磁性壳层是其优异性能的根本原因。研究认为，在氢气吸收放热阶段和脱氢高温阶段，Tb与Nd-Fe-B的充分互扩散形成同型Nd-Fe-B和(Nd, Tb)-Fe-B颗粒，是最终构建均匀Tb富集硬磁性壳的关键。本研究提出的基于氢气解吸的反应性互扩散技术，为克服Br和Hcj之间的权衡提供了新策略，实现了高性能烧结Nd-Fe-B磁体。引用格式：J. Zuo et al., Journal of Alloys and Compounds 1005 (2024) 176047. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2024.176047
