通过晶界扩散过程调控微观结构实现Nd-La-Ce-Fe-B磁体高矫顽力与高剩磁

为解决La/Ce替代Pr/Nd导致Nd-Fe-B磁体矫顽力下降的问题，研究人员采用Pr60Tb10Cu15Ga15合金进行晶界扩散（GBDP），使矫顽力提升176.8%至1575 kA/m，但需平衡扩散时间以避免剩磁显著降低（1.371 T→1.284 T），为低成本高性能磁体开发提供新策略。

　　

在绿色能源技术蓬勃发展的今天，稀土永磁材料Nd-Fe-B因其优异的磁性能成为风力发电机和新能源汽车的核心组件。然而，过度依赖稀缺的Pr、Nd等战略稀土元素不仅导致资源利用失衡，还推高了生产成本。相比之下，储量丰富且廉价的La和Ce成为理想的替代选择，但它们的引入会显著削弱磁体的矫顽力（coercivity）——这一关键指标决定了材料抵抗退磁的能力。如何在不牺牲性能的前提下降低磁体成本，成为摆在材料科学家面前的一道难题。

包头天石稀土新材料有限公司与国内研究团队合作，在《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》发表了一项突破性研究。研究人员创新性地采用Pr₆₀Tb₁₀Cu₁₅Ga₁₅合金作为扩散源，通过晶界扩散过程（GBDP）对成分为(Nd,Pr)_23.8La₁Ce₅Fe_balB_0.95的磁体进行改性。这项研究系统考察了不同扩散时间对磁性能和微观结构的影响，为解决低成本磁体性能不足的问题提供了新思路。

研究采用电弧熔炼制备扩散合金，通过电火花线切割加工成与磁体尺寸匹配的薄片。利用振动样品磁强计（VSM）测量磁滞回线，结合扫描电子显微镜（SEM）和电子探针显微分析（EPMA）观察微观结构演变。特别关注了Tb元素在晶界和主相中的分布规律，以及La/Ce共存对扩散效果的独特影响。

实验结果揭示三大发现：

1. 磁性能的时效规律：3小时扩散处理的样品展现出最佳综合性能，矫顽力达1404 kA/m（较未处理样品提升146%），剩磁保持在1.320 T。但6小时处理后，虽然矫顽力进一步提升至1575 kA/m，剩磁却显著降低至1.284 T。
2. 微观结构演变：延长扩散时间会大幅增加晶界相体积分数，促进Tb体扩散（bulk diffusion），形成更厚的Tb富集壳层（Tb-enriched shell）包裹主相晶粒。这种结构虽然增强各向异性场，但过度扩散会导致主相稀释。
3. La/Ce的协同效应：La的加入有效抑制了CeFe₂相析出——这种相在纯Ce替代磁体中会阻碍Tb扩散通道。同时La通过晶界偏聚稳定微观结构，避免GBDP引发的晶粒粗化。

结论与意义：
该研究证实GBDP能有效解决Nd-La-Ce-Fe-B磁体矫顽力不足的缺陷，但需精确控制扩散时间以平衡矫顽力提升与剩磁损失。3小时处理获得的优化性能表明，通过工艺调控可实现"鱼与熊掌兼得"。更深远的意义在于：

1. 为La/Ce混合替代磁体的工业化应用提供技术路线，相比纯Ce替代方案更具成本优势；
2. 揭示Tb体扩散与晶界扩散的竞争机制，为后续开发新型扩散合金配方奠定理论基础；
3. 提出的"短时高效"处理策略对降低能耗、提升生产效率具有工程实践价值。

这项研究将稀土资源的高效利用推向新高度，为绿色能源装备的可持续发展提供了材料保障。通过巧妙的成分设计和工艺创新，科学家们证明：廉价的La/Ce并非性能的"绊脚石"，而是可以转化为降低成本、优化性能的"垫脚石"。