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高丰度稀土永磁材料的研究进展与展望

中国稀土学报 2023年第1期41卷 79-90页

作者：闫阿儒贾智曹帅丁广飞郭帅陈仁杰中国科学院宁波材料技术与工程研究所浙江宁波315201 中国科学院大学北京100871

稀土永磁材料的大量使用导致低丰度、高成本稀土元素Pr,Nd,Dy,Tb等过度消耗,而高丰度稀土元素La,Ce,Y未得到充分利用,导致稀土元素利用的严重失衡,不利于中国稀土资源利用的健康持续发展。出于国家战略安全和原材料成本角度考虑,低成本... 详细信息

稀土永磁材料的大量使用导致低丰度、高成本稀土元素Pr,Nd,Dy,Tb等过度消耗,而高丰度稀土元素La,Ce,Y未得到充分利用,导致稀土元素利用的严重失衡,不利于中国稀土资源利用的健康持续发展。出于国家战略安全和原材料成本角度考虑,低成本、高性能的高丰度稀土永磁材料的研究与开发势在必行。本文对高丰度稀土永磁材料的研究现状进行归纳总结,分别介绍了富Ce磁体、富La,Ce磁体及富Y磁体的微观结构特征及其性能调控技术,并对高丰度稀土永磁材料的开发进行了讨论和展望。

关键词：稀土永磁材料高丰度稀土微观结构磁性能

Influence of RE-rich phase distribution in initial alloy on anisotropy of HDDR powders

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Chinese Physics B 2015年第9期24卷 523-526页

作者：蔡岭文郭帅丁广飞陈仁杰刘剑李东闫阿儒 Key Laboratory of Magnetic Materials and Devices Ningbo Institute of Material Technology and EngineeringChinese Academy of Sciences Zhejiang Province Key Laboratory of Magnetic Materials and Application Technology Ningbo Institute of Material Technology and EngineeringChinese Academy of Sciences University of Dayton

The influence of the RE-rich phase distribution in the precursor alloys on the anisotropy of the hydrogenation disproportionation desorption recombination（HDDR） processed powders is investigated. The homogenized ingot alloy and the as-cast strip casting（SC） alloy with a uniform RE-rich grain boundary phase lead to high anisotropy of the refined powders,acquiring degrees of alignment（DOA） of 0.62 and 0.54, respectively. The RE-rich phase aggregation results in a deteriorated DOA of the powders due to the drastic disproportionation rate, while a thin and uniform RE-rich phase distribution is beneficial for DOA. A reaction model of the initial particle microstructure is proposed for optimizing the HDDR powder anisotropy.

关键词： hydrogenation disproportionation desorption recombination(HDDR) anisotropy RE-rich phase initial microstructure

Coercivity enhancement of Ce-Fe-B sintered magnets by low-melting point intergranular additive

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Journal of Rare Earths 2017年第2期35卷 158-163页

作者：陈侃郭帅范晓东丁广飞陈岭陈仁杰李东闫阿儒 Key Lab of Magnetic Materials and Devices Ningbo Institute of Materials Technology and EngineeringChinese Academy of SciencesNingbo 315201China University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049China School of Material Science and Engineering Xi'an University of TechnologyXi'an 710000China

Ce-Fe-B sintered magnets with enhanced coercivity were prepared by the powder metallurgy method. The mechanism of the coercivity enhancement in Ce-Fe-B sintered magnets with the low-melting point intergranular additive was discussed in details. It was speculated that the low coercivity of Ce-Fe-B sintered magnet was related to the irregular sharps and relatively low magneto-anisotropy field of the matrix phase. After introducing a 20 wt.% Nd-based intergranular additive, the coercivity markedly increased from 108 Oe to 2560 Oe due to the formation of thin and continuous grain boundary layers and the surface modification of the matrix phase grains. Additionally, the formation of the high anisotropy field（Nd,Ce）_2Fe_（14）B shell was beneficial to the increase of the coercivity as well. This work suggested that adding low-melting point intergranular additives was effective to fabricate the practical Ce-Fe-B sintered magnets.

关键词： Ce-Fe-B microstructure intergranular additive rare earths

(Nd,Ce)-Fe-B烧结永磁体核壳结构设计及磁性能增强机理研究

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(Nd,Ce)-Fe-B烧结永磁体核壳结构设计及磁性能增强机理研究

中国稀土学会第四届青年学术会议

作者：李豫豪范晓东丁广飞郭帅中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁材料联合创新中心

钕铁硼永磁体广泛用于新能源汽车、风力发电、消费电子等众多领域。为满足苛刻环境下对性能的需求,常使用大量稀缺且昂贵的稀土资源如Pr、Nd、Dy和Tb,这造成丰度高且低廉的稀土Ce元素大量积压,加重制造钕铁硼磁体的成本。为开发高性能... 详细信息

钕铁硼永磁体广泛用于新能源汽车、风力发电、消费电子等众多领域。为满足苛刻环境下对性能的需求,常使用大量稀缺且昂贵的稀土资源如Pr、Nd、Dy和Tb,这造成丰度高且低廉的稀土Ce元素大量积压,加重制造钕铁硼磁体的成本。为开发高性能、低成本的钕铁硼磁体,常用Ce替代Pr/Nd等稀土元素。然而,CeFeB的内禀性能低且高含量Ce磁体中无法避免存在大量杂相、微观结构严重恶化[1],致使(Nd,Ce)-Fe-B磁体的磁性能随着Ce含量升高而快速降低[2]。因此,获得高性能(Nd,Ce)-Fe-B磁体的关键是调控Ce元素在磁体中的分布,抑制CeFe杂相生成,优化晶界分布,增强主相晶粒的磁隔离效应。本工作优化了双主相工艺,将Pr(PrFeB)和Ce(PrNd,Ce)FeB粉末的混合烧结。使用非常规Pr主相粉末,目的是Pr在热处理过程中形成液相,液相包裹并富集在CeFeB晶粒周围,构建核壳结构,并形成具有高各向异性场的Pr壳层结构。这不仅优化了磁体三角晶界和薄壁晶界中的相组成及元素分布,同时抑制了REFe杂相,还有利于(Nd,Ce)-Fe-B磁体后续进行重稀土元素的扩散。使用重稀土粉末扩散,构建了高各向异性场的重稀土壳层。通过工艺的改进和合理运用,构建了双层高各向异性场的壳层结构,将Ce限制在晶粒核心内,实现高含量Ce磁体性能大幅提高。此外,揭示了高含量Ce磁体中主相晶粒核壳结构的元素分布及晶界相的微观结构,阐明了核壳结构的形成及晶界相优化对磁性能强化的作用机理。

关键词：铈稀土永磁体双主相工艺晶界扩散工艺构造壳层结构

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晶界结构对晶界扩散行为影响机理的研究

晶界结构对晶界扩散行为影响机理的研究

中国稀土学会2017学术年会

作者：杨潇郭帅丁广飞曹学静曾基灵闫阿儒中国科学院大学中国科学院宁波材料技术与工程研究所

重稀土氟化物常被用作晶界扩散的扩散物[1,2]。但是由扩散物造成的晶界的化学成分的变化、微观结构的演变以及最终磁性能的变化还并不十分清楚。因此,我们系统地研究了晶界扩散TbF对磁体晶界成分、微观结构以及磁性能影响规律。通过传... 详细信息

重稀土氟化物常被用作晶界扩散的扩散物[1,2]。但是由扩散物造成的晶界的化学成分的变化、微观结构的演变以及最终磁性能的变化还并不十分清楚。因此,我们系统地研究了晶界扩散TbF对磁体晶界成分、微观结构以及磁性能影响规律。通过传统的粉末冶金工艺制备名义成分为NdFeBCu的磁体,然后用TbF作为扩散源进行电泳沉积,将沉积后的磁体在900°C下分别扩散2、4、10、15小时。扩散后的样品磁性能如图1所示。经过2小时的扩散后,磁体的Hcj大幅提高,从12.5kOe提升至23.7kOe。随着扩散时间的延长,H逐渐趋于稳定。微观结构分析表明磁体H的提高主要由磁体表层的晶粒表层形成了(Nd,Tb)FeB结构造成的。而从二次电子图像中可以看出磁体表层晶粒逐渐长大,形成了晶粒长大的区域。这种晶粒长大区域构成的自封闭结构阻碍了Tb元素的进一步扩散,最终抑制了Hcj的增加。进一步通过EDS,GDA等手段分析发现,扩散过程中造成的晶界成分变化和Cu元素的迁移是造成磁体表层晶粒异常长大的主要原因。

关键词：晶界扩散 Cu迁移异常长大烧结钕铁硼

晶界重构和再生主相壳层对(NdLaCeY)-Fe-B磁体磁性能的影响

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晶界重构和再生主相壳层对(NdLaCeY)-Fe-B磁体磁性能的影响

中国稀土学会第四届青年学术会议

作者：贾智曹帅丁广飞郭帅陈仁杰闫阿儒中国科学院宁波材料技术与工程研究所中国科学院大学

Nd-Fe-B永磁体因其具有较高的磁性能被广泛应用于动力、传感、通讯等领域。近年来,由于对Nd-Fe-B永磁体需求旺盛,Pr、Nd、Dy、Tb等稀土资源价格持续攀升并被大量消耗,然而,镧、铈、钇等丰度高、价格低的稀土元素未被大规模使用,导致稀... 详细信息

Nd-Fe-B永磁体因其具有较高的磁性能被广泛应用于动力、传感、通讯等领域。近年来,由于对Nd-Fe-B永磁体需求旺盛,Pr、Nd、Dy、Tb等稀土资源价格持续攀升并被大量消耗,然而,镧、铈、钇等丰度高、价格低的稀土元素未被大规模使用,导致稀土资源利用不平衡。因此,高丰度稀土永磁材料已成为研究热点。但由于REFeB(RE=La,Ce,Y)的内禀磁性低于NdFeB,高丰度稀土元素替代Nd导致磁性能恶化,研究发现晶界添加及构建"核壳"结构可以提升高丰度磁体的磁性能,但不损失剩磁的情况下提高矫顽力依然是一项挑战。本工作通过双合金法将高硼(NdLaCeY)-Fe-B粉末与Pr-Fe粉末混合,系统研究了高丰度稀土取代量为45-50wt.%的(NdLaCeY)-Fe-B磁体的磁性能。磁体的剩磁随PrFe(wt.%)添加量的增大呈先上升后下降的趋势,矫顽力呈上升趋势,在9 wt.%的加入量下,磁体的矫顽力从初始的7.33 kOe提高到9.32 kOe,而剩磁的下降幅度很小,仅为0.13 kGs。分析表明,高硼粉末中的富B相与PrFe反应形成主相壳层,提升了主相占比;同时,形成壳层富Pr、核心富Y的核壳结构,增强了主相晶粒表层的各向异性场。此外,PrFe的引入显著拓宽了晶界,增强了主相之间的磁隔离作用。再生主相壳层增加主相占比的有益效果与非磁性材料引入的磁稀释的恶化效果具有竞争关系,在此作用下,剩磁随着PrFe的加入先升高后降低。

关键词：钕铁硼永磁体高丰度稀土元素晶界重构核壳结构

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各向异性HDDR钕铁硼磁粉的制备与改性

各向异性HDDR钕铁硼磁粉的制备与改性

中国稀土学会第四届青年学术会议

作者：杨鑫童曹帅李明丁广飞陈仁杰闫阿儒中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀士永磁联合创新中心

HDDR工艺是制备超细晶粒和各向异性钕铁硼粉末的有效办法。目前,大多数研究都是以铸锭合金为前驱体制备各向异性HDDR磁粉。由于制备工艺的不同,NdFeB速凝合金的α-Fe相更少,富稀土相分布更为均匀,因此在制备高性能Nd-Fe-B永磁材料方面... 详细信息

HDDR工艺是制备超细晶粒和各向异性钕铁硼粉末的有效办法。目前,大多数研究都是以铸锭合金为前驱体制备各向异性HDDR磁粉。由于制备工艺的不同,NdFeB速凝合金的α-Fe相更少,富稀土相分布更为均匀,因此在制备高性能Nd-Fe-B永磁材料方面具有更大的优势。据报道,HDDR磁粉的磁性能与速凝合金的微观结构有关。此外,HDDR磁粉的各向异性与磁粉颗粒的大小密切相关,当HDDR粉末颗粒大于初始晶粒尺寸时会因为颗粒中包包含较多不同取向原始晶粒导致各向异性降低。但是当颗粒过小时,破碎后粉易氧化和过程中引入的应力也会降低各向异性。由于目前使用速凝合金为前驱体制备各向异性HDDR磁粉的研究较少,HDDR磁粉的各向异性对前驱体组织结构的依赖性尚不明确。因此,如何用速凝合仅制备大尺寸、高各向异性的HDDR磁粉是当前研究的热点。此外,HDDR处理使晶粒之间缺少晶界相导致矫顽力低于理论预期也一直是研究人员关注的重点。本工作有效优化了HDDR磁粉的各向异性,通过EBSD直接证实了这一现象,并解释了HDDR磁粉与前驱体组织结构的依赖关系,最后通过旋转晶界扩散有效优化了各向异性HDDR磁粉的组织结构与磁性能。

关键词：钕铁硼 HDDR 各向异性微观结构

基于Y冶金行为的自发富Tb壳层强化结构的设计与构建

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基于Y冶金行为的自发富Tb壳层强化结构的设计与构建

中国稀土学会第四届青年学术会议

作者：寇明鹏丁广飞曹帅陈仁杰郭帅中国科学院宁波材料技术与工程研究所稀土永磁联合创新中心

烧结钕铁硼由于其优异的磁性能广泛应用于国民生活和社会发展的各个领域,航空航天、工业机器人等服役环境苛刻领域的实际应用也给钕铁硼磁体的矫顽力提出了更高的要求。根据矫顽力形核场理论,主相晶粒表层的局域硬磁性很大程度上决定了... 详细信息

烧结钕铁硼由于其优异的磁性能广泛应用于国民生活和社会发展的各个领域,航空航天、工业机器人等服役环境苛刻领域的实际应用也给钕铁硼磁体的矫顽力提出了更高的要求。根据矫顽力形核场理论,主相晶粒表层的局域硬磁性很大程度上决定了整个晶粒的形核场,因而调控主相晶粒的硬磁分布,即构建磁硬化壳层,是实现矫顽力优化的关键技术。晶界添加、晶界扩散和多主相工艺是常见实现上述效果的有效方法。有趣的是,与上述通过有意设计的后续步骤获得的核壳结构不同,高丰度钇基磁体中Y在晶粒核心富集而自发形成核壳结构的非凡现象为磁硬化壳层的构建提供了一种全新的思路。本研究基于Y在主相晶粒核心偏聚的特性,首先比较了(RE/Y)-Fe-B磁体(RE=Nd和Tb)制备过程中的稀土元素分布和组织结构演变,证明了Y对主相晶粒内稀土元素分布调控作用的可能性。然后,通过合金化工艺进行成分优化和结构设计改性,开发了能够调控主相晶粒硬磁分布的具有优良热稳定性的Tb掺杂NdY-Fe-B磁体。微观结构表明:高丰度Y元素能够有效调控主相晶粒内Pr/Nd和Tb的分布,主导了富Tb硬磁壳层强化结构的自发形成,这意味着Y和Tb的协同作用有助于促进重稀土在单主相烧结钕铁硼磁体中的高质化利用。

关键词：烧结钕铁硼高丰度Y 矫顽力冶金行为核壳结构

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含钇高丰度稀土永磁材料结构设计与制备研究

含钇高丰度稀土永磁材料结构设计与制备研究

中国稀土学会第四届青年学术会议

作者：丁广飞郭帅范晓东郑波陈仁杰闫阿儒中国科学院宁波材料技术与工程研究所

Pr、Nd、Dy、Tb等作为稀土永磁材料主要需求元素消耗巨大,造成因伴生开采提炼出的其它稀土元素La、Ce、Y等被大量堆积,导致稀土元素利用的严重失衡。开展高丰度稀土永磁材料的规模化应用是缓解当前稀土利用不平衡现状的有效手段。本工...

Pr、Nd、Dy、Tb等作为稀土永磁材料主要需求元素消耗巨大,造成因伴生开采提炼出的其它稀土元素La、Ce、Y等被大量堆积,导致稀土元素利用的严重失衡。开展高丰度稀土永磁材料的规模化应用是缓解当前稀土利用不平衡现状的有效手段。本工作立足于我国南方离子型富钇稀土矿的资源特色,从高丰度稀土元素冶金行为研究出发,协同利用Y/Ce/Nd/Tb在磁体中的分布特性,开展含Y高丰度稀土永磁材料结构设计,构建具有强硬磁晶粒壳层、富Y晶核、连续晶界相的磁体组织结构,开发Tb/Y/La多稀土协同扩散技术,调控磁体的元素扩散行为及反磁化过程,显著提升了磁体的矫顽力和耐温特性。相关技术进行产业化转化,实现了系列牌号含钇磁体的批量生产。

关键词：