从废旧转子组件中回收的2TM合金烧结磁体（Sm2TM）在氢气环境下的退化现象（即磁体性能随时间下降的情况）

《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》：Hydrogen decrepitation of Sm 2TM 17 sintered magnets from scrap rotor assemblies

氢解法回收Sm?TM??永磁体：约束与非约束状态下氢吸收、粉末形成及磁性能研究，发现约束条件阻碍裂纹扩展但需机械搅拌形成粉末，磁性能在氢解后部分保留，需结合退磁步骤优化回收效率。

　　
本文研究了Sm?TM??（TM=Co、Fe、Cu、Zr）永磁体在约束状态下通过氢解（HD）回收的可行性。研究团队通过对比松散磁体与嵌入转子组件的磁体在氢解过程中的表现，揭示了物理约束对材料分解机制的影响，为高温电机转子磁体的闭环回收提供了新思路。

### 一、材料特性与回收背景
Sm?TM??永磁体以800-850℃的高居里温度和>2000kA/m的矫顽力著称，其独特的纳米多相结构（2:17R核相、1:5H边界相、1:3R富Zr层）赋予其优异的热稳定性。这类材料在航空航天领域的高温电机转子应用中占据重要地位，但Sm和Co作为战略关键元素，其供应链高度依赖进口。英国作为研究机构所在地，正面临供应链多元化的迫切需求，促使学界探索高效回收技术。

### 二、氢解工艺的关键机制
氢解通过高压氢气（2-10bar）与磁体表面反应生成Sm?TM??H?，引发晶格体积膨胀（1.35-1.87%）和应力积累。在100℃、72小时处理条件下：
1. **体积效应**：氢原子占据2:17R相的间隙位置，导致晶格参数a（1.45-1.47nm）和c（1.06-1.08nm）变化，形成多孔结构
2. **机械失效**：体积膨胀产生的应力促使磁体从颗粒级裂纹开始，最终形成粉末状产物
3. **磁性能影响**：未退磁的磁体在HD处理后仍保持矫顽力（>90%原始值），但存在矫顽力衰减（约15%）和剩磁降低（约20%）

### 三、约束状态下的特殊效应
将磁体固定在转子组件中再进行HD处理，发现以下规律：
1. **裂纹抑制**：机械约束使裂纹扩展路径变长，粉末化效率降低约30%（松散状态完整分解，约束状态残留块体占比达25%）
2. **氢扩散差异**：受限磁体在相同压力下氢吸收速率降低40%，但通过120℃以上热激活仍可达到0.23%质量吸氢量
3. **磁结构稳定性**：磁化状态下磁体的氢解产物仍保留原有晶界结构，经退火处理（300℃+真空）可完全恢复磁性能

### 四、工艺优化路径
研究提出分阶段处理方案：
1. **预处理阶段**：通过机械切割释放磁体应力（如转子组件 sawing 破坏），去除环氧/镍铜涂层（碳含量<50ppm）
2. **主HD阶段**：采用梯度压力（2→10bar）与温度（100→150℃）组合，使氢渗透深度达5mm以上
3. **后处理环节**：必须包含300℃以上真空退火，恢复矫顽力至原始值的95%以上，同时清除残留氢（<100ppm）

### 五、经济性与技术瓶颈
研究显示，HD回收成本较传统熔炼法降低约40%，但存在三大挑战：
1. **设备适配性**：现有HD设备需改造为可处理约束磁体（功率密度需提升3倍）
2. **杂质控制**：残留碳（>1000ppm）会导致矫顽力衰减达30%，需新增酸洗步骤
3. **磁性恢复率**：直接HD粉末再烧结的磁体矫顽力仅为新材料的75%，需通过纳米级破碎（<50μm）提升再磁化效率

### 六、工业应用前景
研究验证了"短循环"回收路线的可行性：
- **机械处理阶段**：采用超声波粉碎（20kHz, 5min）将HD产物破碎至纳米级多孔结构
- **磁性能恢复**：通过定向磁化（Hc=2000kA/m）和热处理（600℃/1h）使磁性恢复率达85%
- **循环经济性**：每吨Sm?TM??回收品可减少70%原矿消耗，CO?排放降低42%

### 七、跨领域技术启示
该研究为其他稀土永磁体回收提供了范式：
1. **氢脆预防**：通过控制晶界氢浓度（<1at%）避免磁体性能劣化
2. **再磁化机制**：发现HD产生的晶格畸变（应变率<0.5%）反而增强了磁畴壁钉扎效应
3. **工艺兼容性**：HD粉末可直接用于注塑成型（保压压力≥50MPa）

该成果不仅为Sm-Co磁体的闭环回收开辟新路径，更通过揭示约束状态下的氢扩散规律，为汽车电机等复杂装配件的无损拆解提供了理论依据。后续研究需重点关注纳米级粉末的磁性能优化，以及建立与 virgin 材料等效的短循环回收标准体系。