TbF3晶界扩散调控半致密NdFeB磁体微观结构与矫顽力的优化机制研究

为解决高密度NdFeB磁体中重稀土（HRE）扩散深度不足的问题，研究人员通过优化烧结条件制备半致密（SD）NdFeB磁体，并采用TbF3晶界扩散（GBD）技术，实现了1200 μm的超深扩散深度和2165 kA/m的高矫顽力。该研究为大型磁体制备提供了新策略，成果发表于《Journal of Rare Earths》。

　　

论文解读
在新能源与高端制造领域，烧结NdFeB永磁体因其优异的磁性能成为电动汽车驱动电机和风力发电机的核心材料。然而，高温环境下矫顽力（H_cj）和剩磁（B_r）的显著衰减，严重制约了其应用可靠性。传统重稀土（HRE）晶界扩散（GBD）技术虽能提升矫顽力，但受限于高致密磁体的扩散阻力，有效深度通常不足300 μm，难以满足大尺寸磁体需求。

中国磁技术公司的研究人员创新性地提出“半致密（SD）”磁体策略，通过调控烧结工艺降低密度至7.043 g/cm³，并采用TbF₃沿c轴方向扩散，突破了扩散深度瓶颈。研究结合X射线衍射（XRD）和电子探针微区分析（EPMA），揭示了Tb在晶界中的各向异性扩散机制与(Nd,Tb)₂Fe₁₄B壳层的形成规律。

关键技术方法
研究团队通过氢破碎（HD）和气流磨制备合金粉末，优化烧结曲线获得SD-NdFeB磁体；采用涂层法进行TbF₃晶界扩散，对比平行与垂直c轴方向的扩散效果；利用振动样品磁强计（VSM）测试磁性能，结合EPMA绘制Tb元素分布图。

研究结果

1. 微观结构分析：SD-NdFeB磁体呈现多孔结构（孔隙率3.2%），平均晶粒尺寸较全致密（FD）磁体减小23%，为Tb扩散提供了更多通道。
2. 扩散深度突破：沿c轴扩散时，Tb渗透深度达1200 μm，远超传统磁体的300 μm，归因于晶界相的各向异性排布。
3. 磁性能提升：SD磁体矫顽力提升至2165 kA/m（约27.2 kOe），温度系数优化至–0.47%/°C，XRD证实(Nd,Tb)₂Fe₁₄B相的形成是性能增强的关键。
4. 扩散机制解析：EPMA显示c轴方向扩散时，Tb富集壳层更连续且深入，而垂直扩散易产生反壳/核结构缺陷。

结论与意义
该研究通过“半致密化+定向扩散”协同策略，首次实现毫米级HRE有效扩散，为大型磁体低成本高性能化提供了新范式。其科学价值在于揭示了晶界结构与扩散方向的耦合效应：一方面，SD磁体的多孔特性降低了扩散势垒；另一方面，c轴优先扩散路径与Nd富集相的各向异性分布共同促进了Tb的纵深渗透。工业应用上，该方法可将HRE用量降低30%以上，显著缓解重稀土资源短缺压力。未来研究可进一步探索其他HRE化合物（如DyF₃）在SD磁体中的扩散动力学规律。