Pr65 Fe30 M5 （M = Al, Cu, Ga）晶界添加对NdFeB烧结磁体磁性能与微观结构的协同调控机制研究

为解决NdFeB磁体高温性能衰减问题，研究人员通过Pr65 Fe30 M5 （M = Al, Cu, Ga）晶界添加技术优化磁体微观结构。结果表明，Pr65 Fe30 Al2 Cu3 添加使矫顽力（H cj ）提升至17.67 kOe，Cu富集的连续晶界层是关键。该研究为无重稀土（HRE-free）高矫顽力磁体设计提供了新思路。

　　

论文解读：

在风力发电、电动汽车和消费电子等领域，NdFeB烧结磁体因其优异的磁性能成为不可替代的功能材料。然而，随着工作温度升高，磁体性能会显著衰减，这迫使研究人员寻求在室温下具有更高矫顽力的解决方案。传统方法是通过添加重稀土（HREs）如Dy/Tb来提高磁晶各向异性场（H
_A
），但这会降低剩磁（B
_r
）且成本高昂。近年来，晶界添加技术成为研究热点——通过引入低熔点辅助合金优化晶界相（GB phase），既能提升矫顽力又避免重稀土的负面影响。

浙江大学的科研团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表的研究中，设计了两类辅助合金Pr₆₅
Fe₃₀
Ga₅
（PFG）和Pr₆₅
Fe₃₀
Al₂
Cu₃
（PFAC），系统研究了它们对磁体性能的影响。研究发现，经过500℃退火后，PFAC添加磁体的矫顽力达到17.67 kOe，显著高于原始磁体（14.37 kOe）和PFG添加磁体（16.3 kOe）。这一突破性进展揭示了多元素协同调控晶界相的新机制。

关键技术方法包括：采用速凝甩带（strip casting）制备合金粉末，通过氢破碎（hydrogen decrepitating）和气流磨（jet-milling）获得3 μm细粉；利用磁场取向和等静压成型制备烧结磁体；采用差示扫描量热法（DSC）分析相变行为；结合扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）表征微观结构。

实验结果

1. 磁性能变化：PFAC磁体在480-560℃退火范围内始终表现出更高的矫顽力，最佳退火温度均为500℃。但Al进入主相替代Fe导致剩磁从14.23 kGs降至13.83 kGs。
2. 微观结构分析：PFAC磁体形成更连续的Cu富集晶界层，而PFG磁体中Ga主要分布于晶间相。Al的独特之处在于能进入RE₂
   Fe₁₄
   B主相替代Fe，形成RE₆
   (Fe,M)₁₄
   反铁磁相。
3. 相组成调控：PFAC添加促进了非晶态Nd-rich相和晶态Cu-rich相的协同分布，有效隔离了主相晶粒的磁耦合。

结论与意义
该研究证实，通过Pr-Fe-Al-Cu多组分晶界添加可构建连续且磁隔离的晶界网络，其中Cu优化晶界润湿性，Al增强主相稳定性，而Ga则倾向于形成隔离相。尽管反铁磁相RE₆
(Fe,M)₁₄
的存在可能降低磁耦合，但PFAC磁体仍展现出最高的矫顽力，这归因于其独特的"薄而连续"的晶界结构。这一发现为开发低成本、高性能无重稀土磁体提供了明确的技术路径，对推动绿色能源装备的国产化进程具有重要战略意义。