中国粉体网讯 重稀土是提升钕铁硼磁体矫顽力、改善耐高温性能的关键原料。但它资源少、价格波动又大，一直卡着永磁产业降本和扩产，随着低/无重稀土烧结钕铁硼的基础研究不断落地，多项产业化技术都有了实质性突破，成了永磁材料这条赛道上攻关的重点，目前的技术进展主要集中在晶界扩散源、薄膜沉积工艺、单合金制备、晶界相调控等方向。
低熔点重稀土合金扩散源技术
低熔点重稀土合金扩散源技术，是重稀土减量最核心路线。该方案能够在大幅抬升矫顽力的前提下，削减重稀土使用量。目前业内已经开发出Dy-Al、Dy-Cu、Tb-Al、Tb-Cu二元合金，以及Dy-Al-Cu、Tb-Al-Cu三元合金等多款扩散源材料。
产业化落地时，一般采用磁控溅射、真空蒸镀把扩散源沉积在磁体表面，再经热处理驱动合金沿晶界向内扩散。曾超超团队在对比Pr镀层、Cu镀层与Pr75Cu25镀层的实验中发现：以Pr75Cu25为扩散源时，晶界扩散磁体的最佳热处理温度为700℃，在此温度下，Pr和Cu元素的扩散深度可达1000微米，磁体内禀矫顽力从12.86kOe提升至15.84kOe，增长幅度达23.17%，有力验证了低熔点合金作为扩散源所具有的突出性能优势。
磁控溅射技术在扩散磁体后处理加工中的应用
磁控溅射工艺的价值，不只体现在扩散源镀膜上，在扩散磁体后加工环节的优势也挺突出，作为一种精密的薄膜沉积手段，它的膜层均匀又致密，膜和基体的结合力也强，能把扩散源精准地定量沉积上去。
例如，He团队做了溅射法和传统涂覆法的对比实验，很直观地看出了两种工艺的差别。两组样品都加了质量分数0.9%的Tb-Cu合金，溅射样品的矫顽力提高了615kA/m，涂覆样品提高了610kA/m，初始性能接近，但到了后面磨抛加工这一步，差距就很明显了，溅射做的磁体表面平整，只要去掉40μm厚度就行，矫顽力只降了25kA/m，Tb损耗也只有13%，涂覆法的磁体表面比较粗糙，磨抛量要达到140μm，矫顽力损失了81kA/m，Tb消耗量高达74%，大量重稀土在加工环节被浪费，资源利用率偏低。在量产场景下，溅射工艺能显著降低重稀土消耗，是晶界扩散产业化优选方案之一。
单合金工艺制备技术
单合金工艺，是一种针对轻稀土替代场景的低成本制备方法，跟传统的多合金工艺不一样，单合金只要熔炼一次就能得到目标合金的成分，后面烧结成型就可以了，流程比较简单，量产门槛也更低，适合大规模制备La、Ce掺杂的低重稀土磁体。
朱亚武团队开展的(Ce-NdPr)-Fe-B磁体研究，验证了Ce替代方案的可行性。实验设置Ce占比0、15.6wt.%、33.4wt.%三组样品，随着Ce含量升高，剩磁Br和最大磁能积(BH)max慢慢降下来了，不过矫顽力并没有一直往下走，Ce含量33.4wt.%样品，得益于材料内部形成核壳结构与CeFe2相，矫顽力反而高于15.6wt.%低铈样品。这一结论打破了“Ce掺杂必然劣化矫顽力”的固有认知，为轻稀土高比例利用提供新思路。
晶界相调控技术
晶界相调控技术不用掺重稀土，靠的是微观结构上的设计来提升矫顽力，这个技术的思路是调整晶界相的成分、形状和分布，做出一层连续又均匀的非磁性晶界层，让晶粒之间在磁上隔开，减弱它们之间的去磁耦合，从微观层面把磁体的抗退磁能力守住，可以说是无重稀土磁体最核心的底层技术。
李艳丽团队结合成分设计、无氧气流磨晶粒细化与二级回火工艺，完成52H无重稀土高性能烧结钕铁硼开发。这种磁体的主相晶粒之间会形成一层富稀土的连续非磁性晶界相，能有效阻断磁交换耦合，所以就算不加重稀土，也能做到高矫顽力。
此外，刘孝莲等人研究了Nd6Fe13Ga晶界相设计对无重稀土钕铁硼磁体性能的影响。结果表明，通过在Nd-Fe-B中添加Nd6Fe13Ga合金，可以形成连续的晶界相，增强相邻铁磁晶粒的磁隔离，从而提高磁体的矫顽力。研究还发现，在多主相Nd-Dy-Fe-B磁体中添加2.0wt.% Dy6Fe13Ga合金，可以使磁体矫顽力在热处理后提高4.5kOe，相较等量Dy的Dy-X合金添加磁体的矫顽力提升幅度更高。
总的来说，这四条技术路线各有各的重点，晶界扩散主要解决重稀土用量的问题，磁控溅射则是在扩散工艺和材料利用率上做优化，单合金路线主打用轻稀土来替代，把制造成本降下来，晶界相调控是从微观结构下手，目标是做出不用重稀土的高性能磁体。
低无重稀土钕铁硼是人形机器人、新能源电机、风电等下游产业的刚需材料。当前各项技术仍处在产业化爬坡阶段，后续工艺良率、成本控制、批量一致性，将决定这条技术路线能否真正替代传统重稀土磁体，重塑永磁材料供应链格局。
参考来源：
朱昌顺.晶界扩散Pr和Cu对烧结钕铁硼永磁体性能的影响
He.Reducing the process consumption of Tb in grain boundary diffusion of Nd-Fe-B magnets by sputtering deposition instead of adhesive coating
朱亚武.高性价比钕镨-铈-铁硼烧结磁体与性能改性
刘孝莲.烧结钕铁硼Nd6Fe13Ga晶界设计及性能调控
(中国粉体网编辑整理/月明)
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