Pr掺杂Tb-Pr-M扩散源对烧结Nd-Fe-B磁体晶界扩散行为的协同调控机制

本研究针对烧结Nd-Fe-B磁体晶界扩散(GBD)过程中重稀土(Tb)利用率低的问题，通过设计Tb70 M30 与Tb35 Pr35 M30 扩散源对比实验，发现Pr元素可显著提升Tb扩散效率并优化分布均匀性，短时热处理即可实现磁体整体矫顽力提升7.18 kOe，为开发高效GBD技术提供理论依据。

　　

在永磁材料领域，烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体因其优异的磁性能成为现代工业和消费电子不可或缺的核心材料。然而随着应用场景对高温稳定性的要求日益提高，如何在不显著增加成本的前提下提升磁体矫顽力成为行业痛点。传统解决方案是通过晶界扩散(Grain Boundary Diffusion, GBD)技术将重稀土元素如铽(Tb)渗入磁体，但这种方法存在两个关键瓶颈：一是Tb元素价格昂贵且资源稀缺，二是扩散过程中易在近表面区域富集导致利用率低下。

针对这一难题，国内某研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表创新研究，通过精心设计对比实验，系统探究了镨(Pr)元素在Tb-Pr-M复合扩散源中对GBD行为的调控机制。研究人员选用商用N45H磁体作为基材，分别制备Tb₇₀
Co₁₀
Al₂₀
(TCA)和Tb₃₅
Pr₃₅
Co₁₀
Al₂₀
(TPCA)两种扩散源，严格控制Tb含量为0.45 wt%，通过物理气相沉积(PVD)技术实现涂层后，分别在2小时和8小时两种热处理条件下进行GBD处理。

关键技术方法包括：采用振动样品磁强计(VSM)测定磁性能梯度分布，结合电子探针微区分析(EPMA)表征元素扩散深度，通过扫描电子显微镜(SEM)观察晶界形貌演变。特别值得注意的是，研究团队建立了矫顽力增强值(δH
_cJ
)与扩散深度的定量关系模型，为机理分析提供数据支撑。

实验结果部分揭示出三大重要发现：

1. 短时扩散优势：2小时处理的TPCA样品矫顽力提升达7.18 kOe，显著高于TCA组的6.66 kOe，EPMA显示Pr能有效抑制Tb表面富集，促进其向磁体深处扩散。
2. 长时扩散特性：8小时处理后，TPCA组虽形成更薄的Tb富集壳层，但内部Tb分布均匀性提升，导致整体矫顽力增幅(7.88 kOe)略低于TCA组(8.00 kOe)。
3. 梯度分布规律：TPCA样品在距表面50-200 μm区域的局部矫顽力增幅达15%，证实Pr可优化Tb的纵深分布。

结论与讨论部分指出，Pr的引入通过两种竞争机制影响GBD过程：一方面降低扩散激活能，加速Tb沿晶界迁移；另一方面与Tb竞争晶界位点，在长时处理中削弱表面壳层形成。这种"双刃剑"效应提示工业应用中需根据热处理条件精确调控Pr/Tb比例。该研究不仅阐明了LRE-HRE协同扩散的物理机制，更为开发低成本、高效率的磁体改性工艺提供了明确方向，对推动稀土资源的高值化利用具有重要实践意义。