Pr-Tb-Zn三元晶界扩散源提升高铈含量Nd-Fe-B磁体矫顽力与铽利用效率的研究

为解决高铈含量Nd-Fe-B磁体中REFe2相阻碍晶界扩散导致矫顽力提升受限的问题，研究人员设计了一种低熔点Pr53Tb42Zn5三元扩散源。通过优化Tb分布与抑制REFe2相消耗，矫顽力显著提升47.15%（达1500.5 kA/m），为高性价比稀土永磁材料开发提供新策略。

　　

背景与问题
在风力发电机和电动汽车驱动电机等领域，Nd-Fe-B永磁体是不可或缺的核心材料。然而，随着Pr/Nd等稀缺稀土资源的过度开采，高丰度的La/Ce元素却面临严重过剩。为降低成本，研究者尝试用Ce部分替代Nd，但Ce₂Fe₁₄B相的本征磁性能远低于Nd₂Fe₁₄B，且高铈磁体中易形成的REFe₂相会阻碍重稀土（如Tb）的晶界扩散，导致矫顽力提升效果不显著。如何在高铈含量下实现Tb的高效利用与磁性能协同优化，成为行业痛点。

研究设计与方法
江西某研究团队在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表研究，创新性地将Zn引入扩散体系，设计出Pr₅₃Tb₄₂Zn₅三元低熔点（656℃）合金。通过对比传统Tb扩散，采用差示扫描量热法（DSC）、透射电镜（TEM）和元素分布分析等技术，系统研究了25.8 wt% Ce替代磁体的微观结构演变与磁性能关联机制。

关键结果

1. 磁性能突破：Pr₅₃Tb₄₂Zn₅扩散使矫顽力从1019.7 kA/m跃升至1500.5 kA/m，增幅达47.15%，显著优于纯Tb扩散的38.56%。
2. 微观机制：TEM显示Zn的加入有效抑制了REFe₂相对Tb的捕获，使Tb富集于主相RE₂Fe₁₄B晶粒表层形成均匀壳层，各向异性场(H_A)显著增强。
3. 扩散深度：三元合金的液态扩散特性使Tb渗透深度比纯Tb扩散增加约30%，且晶界相连续性更好。

结论与意义
该研究通过Pr-Tb-Zn三元协同设计，首次实现高铈磁体中Tb利用率与扩散深度的双重突破。不仅为低成本高矫顽力磁体开发提供新思路，更推动稀土资源平衡利用。国家重点研发计划等项目的支持，彰显其在"双碳"战略下的应用潜力。未来可进一步探索Zn含量梯度调控对磁体热稳定性的影响。