铽镝协同效应构建钕铁硼磁体高效晶界扩散源的成本优化研究

为解决Nd-Fe-B磁体晶界扩散(GBD)过程中重稀土(Tb/Dy)成本高、利用率低的问题，研究人员通过设计Tb70-x Dyx Cu30 合金扩散源，系统研究了Tb/Dy协同效应与扩散行为。结果表明，Tb35 Dy35 Cu30 扩散源在替代50% Tb后仍使矫顽力提升至1904 kA m?1 ，接近纯Tb源效果，且Tb优先向磁体内部扩散的特性显著提高了重稀土利用效率，为低成本高性能磁体开发提供了新策略。

　　

现代工业的"隐形支柱"永磁材料中，烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)磁体因其优异的硬磁性能成为电动汽车驱动电机等领域的核心材料。然而高温工况下磁体易发生热退磁，需通过引入重稀土(HRE)元素铽(Tb)或镝(Dy)形成高各向异性场(H_A
)的RE₂
Fe₁₄
B相来提升矫顽力。传统合金化方法虽有效但会导致剩磁(B_r
)和最大磁能积(BH)_max
显著下降，且Tb价格高达Dy的3倍。晶界扩散(GBD)技术虽能减少HRE用量，但如何平衡成本与性能仍是难题。

针对这一挑战，中国的研究团队创新性地设计Tb_70-x
Dy_x
Cu₃₀
系列合金扩散源，通过调控Tb/Dy比例探究协同效应。研究发现Tb₃₅
Dy₃₅
Cu₃₀
扩散源在替代50% Tb情况下，仍使磁体矫顽力从1230 kA m^?1
提升至1904 kA m^?1
，与纯Tb源效果相当。该成果发表于《Materials Research Bulletin》，为开发低成本高性能磁体提供了新思路。

研究采用熔体快淬法制备Tb-Dy-Cu合金粉末，通过差示扫描量热法(DSC)测定合金熔点，结合扫描电镜(SEM)和电子探针(EPMA)分析元素分布。商业50M钕铁硼磁体被加工成Φ10×4 mm³
圆柱样品，经900°C真空扩散处理后进行磁性能测试和微观结构表征。

实验结果显示：DSC曲线证实Dy替代会提高合金熔点(Tb₇₀
Cu₃₀
为754°C，Dy₇₀
Cu₃₀
达794°C)。磁性能测试表明，Tb₃₅
Dy₃₅
Cu₃₀
扩散后磁体矫顽力增幅达674 kA/m，且剩磁降低幅度小于纯Dy扩散。EPMA分析揭示Tb优先向磁体内部扩散形成连续浓度梯度，而Dy易在表层富集，这种差异扩散行为使Tb利用率提升30%。

微观机制研究发现：共生Tb/Dy富集壳层能有效抑制反磁化畴形核，Tb₂
Fe₁₄
B相的高H_A
(220 kOe)与Dy₂
Fe₁₄
B相的适中H_A
(150 kOe)产生协同增强效应。特别值得注意的是，在Tb_52.5
Dy_17.5
Cu₃₀
扩散磁体中，Tb渗透深度达500 μm，是Dy的1.8倍。

该研究证实Tb/Dy协同扩散策略可降低HRE用量40%而不牺牲性能，为绿色能源装备用磁体开发提供了经济可行的解决方案。通过精准调控扩散动力学与热力学参数，未来或可实现HRE元素的原子级高效利用，推动永磁材料向低成本、高性能、低资源依赖方向发展。