烧结Nd-Fe-B磁体矫顽力梯度分布的定量调控及其与宏观磁性能的关联性研究

The grain boundary diffusion process (GBDP) of sintered Nd-Fe-B magnets makes full use of heavy rare earth elements to produce Nd-Fe-B magnets with high coercivity, which has become a hot topic in the field of permanent magnet materials. After GBDP the coercivity gradient distribution appears in magnets, but the difficulties in regulating and measuring the coercivity gradient distribution limit the deep understanding between the coercivity gradient distribution and the macroscopic magnetic properties as well as the corresponding physical mechanism. This project intends to fabricate composite Nd-Fe-B magnets with controllable coercivity gradient distributions via the hot pressure diffusion welding under vacuum. The evolution of macroscopic magnetic properties with the magnitude and direction of the coercivity gradient distribution will be studied systematically, and the correlation between the coercivity gradient distribution and the macroscopic magnetic properties will be established. At the same time, composite Nd-Fe-B magnet models with different coercivity gradient distributions will be constructed using micromagnetic simulation, and the demagnetization behavior dependence of magnet models on the coercivity gradient distribution will be studied. The influence law and physical mechanism of the coercivity gradient distribution on the macroscopic magnetic properties will be revealed. The research results of this project will help to deepen the understanding of the physical mechanism behind the GBDP of sintered Nd-Fe-B magnets and provide theoretical guidance for the design and optimization of technological parameters of GBDP during application.

烧结钕铁硼磁体的晶界扩散技术因可以高效利用重稀土元素制备高矫顽力钕铁硼磁体而成为当前永磁材料领域的研究热点。晶界扩散后磁体的矫顽力呈梯度分布特征，而矫顽力梯度分布难以定量调控与测试表征的技术难点限制了对矫顽力梯度分布与宏观磁性能关系及其物理机制的深入认识。本项目拟借助真空热压扩散焊技术制备矫顽力梯度分布可控的复合钕铁硼磁体，系统研究磁体的宏观磁性能随矫顽力梯度分布大小和方向的演变规律，建立矫顽力梯度分布与宏观磁性能的关联性。同时，利用微磁学模拟构建具有不同矫顽力梯度分布特征的复合钕铁硼磁体模型，研究磁体模型的退磁行为对矫顽力梯度分布特征的依赖关系，从而揭示矫顽力梯度分布对宏观磁性能的影响规律及其物理机制。本项目的研究成果有助于深化对烧结钕铁硼磁体晶界扩散技术背后物理机制的认识，并为烧结钕铁硼磁体晶界扩散技术在应用过程中工艺参数优化设计提供理论指导。

钕铁硼（Nd-Fe-B）是目前磁能积最高的一类永磁材料。近年来，电动/混合动力汽车、风力发电、变频空调等领域的快速发展亟需大量能在高温下应用的高矫顽力Nd-Fe-B磁体。目前，工业上高矫顽力烧结Nd-Fe-B磁体的制备一般是通过重稀土元素Dy/Tb部分替代轻稀土元素Nd来实现。然而，一方面，由于自然界中Dy/Tb的储量不足Nd/Pr的十分之一，磁体中Dy/Tb含量的增加提高了磁体的原料成本，另一方面，Dy/Tb原子与Fe原子为反铁磁耦合，这使得Dy2Fe14B和Tb2Fe14B的磁化强度远低于Nd2Fe14B，Dy/Tb的含量的提高降低了磁体的剩磁和磁能积。因此，发展低Dy/Tb或无Dy/Tb的高矫顽力Nd-Fe-B磁体已成为近年该领域的研究热点。.烧结Nd-Fe-B磁体的晶界扩散可以高效利用重稀土元素制备高矫顽力钕铁硼磁体。晶界扩散后磁体的矫顽力呈梯度分布特征，而矫顽力梯度分布难以定量调控与测试表征的技术难点限制了对矫顽力梯度分布与宏观磁性能关系及其物理机制的深入认识。本项目借助真空热压扩散焊技术制备了矫顽力梯度分布可控的复合Nd-Fe-B磁体，研究了复合Nd-Fe-B磁体组元磁体间的界面焊合机制。研究了磁体的宏观磁性能随矫顽力梯度分布大小和方向的演变规律，建立矫顽力梯度分布与宏观磁性能的关联性。利用微磁学模拟研究了磁化的Nd-Fe-B磁体的退磁场分布规律，揭示了矫顽力梯度分布对宏观磁性能的影响机制。此外，本项目研究了晶界扩散后烧结Nd-Fe-B磁体低温退火温度对微观组织和磁性能的影响机制，为晶界扩散后退火温度的选择提供了理论指导。本项目还开发了可以同时提升低成本烧结Nd-Ce-Fe-B磁体矫顽力、剩磁和退磁曲线方形度的晶界扩散工艺。.本项目的研究成果有助于深化对烧结Nd-Fe-B磁体晶界扩散技术背后物理机制的认识，为低成本高性能Nd-Fe-B磁体的制备提供理论支撑和技术指导，促进国家稀土资源的综合平衡利用。