中科院力學(xué)所在誘導(dǎo)重稀土定向擴散研究中取得進展

      作為高性能空天稀土永磁驅(qū)動電機中能量轉(zhuǎn)換的核心材料，釹鐵硼(NdFeB)磁體因具有超高磁能積(BH)max而在提高電機功率密度與轉(zhuǎn)速方面呈現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢。高轉(zhuǎn)速所產(chǎn)生的渦流效應(yīng)進一步提高電機工作溫度，從而要求NdFeB磁體必須具有高矯頑力Hcj以抵抗反向磁場影響。Dy/Tb晶界擴散是目前提高矯頑力最為廣泛的方法，但Dy/Tb不僅為稀貴重稀土元素，且屬于我國戰(zhàn)略性資源，亟需控制其用量并最大限度發(fā)揮其能效。

　　力學(xué)所鍍層工藝力學(xué)研究團隊提出采用磁控濺射方法，實現(xiàn)TbAl多元重稀土合金涂層中低熔點元素含量以及致密度的有效調(diào)控，顯著提高晶粒表層殼層強化與非磁性晶界相磁隔離作用的協(xié)同增益的可控性，在使用少量重稀土前提下大幅提升矯頑力。相關(guān)研究成果以“Grain boundary diffusion of sintered NdFeB magnets by TbAl coatings with various Al addition amount”為題發(fā)表于稀土領(lǐng)域權(quán)威期刊Journal of Rare Earths。

　　研究團隊針對晶界擴散過程中稀貴重稀土元素能效較低的問題，從提高晶界相浸潤性的角度入手，發(fā)現(xiàn)適量的Al添加量即可顯著提高晶界相的流動性，誘導(dǎo)重稀土元素沿晶界定向擴散，而抑制其晶格擴散，從而獲得更大的擴散深度，富Tb殼層和晶界相的連續(xù)性和均勻性得到有效改善，且最大限度避免了磁稀釋效應(yīng)的負(fù)面作用。在Tb元素增重比為0.16wt%的情況下，與純Tb相比，TbAl晶界擴散磁體的矯頑力提高幅度增加了78.4%。該工作提出的Al添加量調(diào)控策略實現(xiàn)了晶界相浸潤性、富Tb殼層厚度以及磁稀釋效應(yīng)三者之間的平衡，在提高矯頑力的同時促進了重稀土減量應(yīng)用，也為低熔點元素+重稀土共擴散相關(guān)的研究提供參考。

　　力學(xué)所博士研究生李成燦是論文第一作者，夏原研究員、許億副研究員為通訊作者。該工作得到國家重點研發(fā)計劃“稀土新材料”(2021YFB3500100)專項課題支持和國家自然科學(xué)基金(52301068)的資助。

圖1不同Al靶電流下TbAl涂層的FE-SEM橫截面形貌

圖2 原始磁體和TbAl擴散磁體的室溫退磁曲線(a)和Hcj和Br與Al靶電流的對應(yīng)關(guān)系(b)

圖3 原始磁體和TbAl擴散磁體的X射線衍射圖(a)和44.2°?-?44.8°范圍內(nèi)的放大圖(b)

圖4 TbAl擴散后磁體的微觀結(jié)構(gòu)隨涂層中Al添加量的變化

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