(Nd,Ce)-Fe-B烧结永磁体核壳结构设计及磁性能增强机理研究

摘要

钕铁硼永磁体广泛用于新能源汽车、风力发电、消费电子等众多领域。为满足苛刻环境下对性能的需求,常使用大量稀缺且昂贵的稀土资源如Pr、Nd、Dy和Tb,这造成丰度高且低廉的稀土Ce元素大量积压,加重制造钕铁硼磁体的成本。为开发高性能、低成本的钕铁硼磁体,常用Ce替代Pr/Nd等稀土元素。然而,Ce2Fe14B的内禀性能低且高含量Ce磁体中无法避免存在大量杂相、微观结构严重恶化[1],致使（Nd,Ce）-Fe-B磁体的磁性能随着Ce含量升高而快速降低[2]。因此,获得高性能（Nd,Ce）-Fe-B磁体的关键是调控Ce元素在磁体中的分布,抑制CeFe2杂相生成,优化晶界分布,增强主相晶粒的磁隔离效应。本工作优化了双主相工艺,将Pr(Pr45FebalB)和Ce(PrNd0.5,Ce0.5)29.5FebalB粉末的混合烧结。使用非常规Pr主相粉末,目的是Pr在热处理过程中形成液相,液相包裹并富集在Ce2Fe14B晶粒周围,构建核壳结构,并形成具有高各向异性场的Pr壳层结构。这不仅优化了磁体三角晶界和薄壁晶界中的相组成及元素分布,同时抑制了REFe2杂相,还有利于（Nd,Ce）-Fe-B磁体后续进行重稀土元素的扩散。使用重稀土粉末扩散,构建了高各向异性场的重稀土壳层。通过工艺的改进和合理运用,构建了双层高各向异性场的壳层结构,将Ce限制在晶粒核心内,实现高含量Ce磁体性能大幅提高。此外,揭示了高含量Ce磁体中主相晶粒核壳结构的元素分布及晶界相的微观结构,阐明了核壳结构的形成及晶界相优化对磁性能强化的作用机理。