【行业动态】中科院力学所在诱导重稀土定向扩散研究中取得进展

作为高性能空天稀土永磁驱动电机中能量转换的核心材料，钕铁硼(NdFeB)磁体因具有超高磁能积(BH)max而在提高电机功率密度与转速方面呈现出巨大的优势。高转速所产生的涡流效应进一步提高电机工作温度，从而要求NdFeB磁体必须具有高矫顽力Hcj以抵抗反向磁场影响。Dy/Tb晶界扩散是目前提高矫顽力最为广泛的方法，但Dy/Tb不仅为稀贵重稀土元素，且属于我国战略性资源，亟需控制其用量并最大限度发挥其能效。

力学所镀层工艺力学研究团队提出采用磁控溅射方法，实现TbAl多元重稀土合金涂层中低熔点元素含量以及致密度的有效调控，显著提高晶粒表层壳层强化与非磁性晶界相磁隔离作用的协同增益的可控性，在使用少量重稀土前提下大幅提升矫顽力。相关研究成果以“Grain boundary diffusion of sintered NdFeB magnets by TbAl coatings with various Al addition amount”为题发表于稀土领域权威期刊Journal of Rare Earths。

研究团队针对晶界扩散过程中稀贵重稀土元素能效较低的问题，从提高晶界相浸润性的角度入手，发现适量的Al添加量即可显著提高晶界相的流动性，诱导重稀土元素沿晶界定向扩散，而抑制其晶格扩散，从而获得更大的扩散深度，富Tb壳层和晶界相的连续性和均匀性得到有效改善，且最大限度避免了磁稀释效应的负面作用。在Tb元素增重比为0.16wt%的情况下，与纯Tb相比，TbAl晶界扩散磁体的矫顽力提高幅度增加了78.4%。该工作提出的Al添加量调控策略实现了晶界相浸润性、富Tb壳层厚度以及磁稀释效应三者之间的平衡，在提高矫顽力的同时促进了重稀土减量应用，也为低熔点元素+重稀土共扩散相关的研究提供参考。

图1不同Al靶电流下TbAl涂层的FE-SEM横截面形貌

图2 原始磁体和TbAl扩散磁体的室温退磁曲线(a)和Hcj和Br与Al靶电流的对应关系(b)

图3 原始磁体和TbAl扩散磁体的X射线衍射图(a)和44.2° - 44.8°范围内的放大图(b)

图4 TbAl扩散后磁体的微观结构随涂层中Al添加量的变化