韓國材料科學研究所建議減少稀土磁鐵中的釹

根據韓國材料科學研究所（KIMS）的資料，42M級商業磁鐵的性能可以用比以前少30%的釹（Nd）來實現。由於混合動力/電動汽車和風力渦輪機的高效電機對各向異性的Nd-Fe-B永久磁鐵的需求不斷增長，Nd的資源短缺已成為一個嚴重的問題。因此，目前釹鐵硼磁體行業面臨的挑戰是如何在降低磁體的Nd含量的同時，實現高矯頑磁性（Hcj）和高剩磁（4πMr）。

（圖片來源: KIMS）

由於Ce是最豐富的稀土元素，Ce作為磁體中Nd的一種替代物而受到關注。然而，由於Ce₂Fe₁₄B相（4πMs = 11.7 kG, Ha = 26 kOe）的內在磁性比Nd₂Fe₁₄B相（4πMs = 16 kG, Ha = 73 kOe）低，（Nd1-xCex）-Fe-B磁體的4πMr和Hcj都隨著x的增加而退化。之前研究人員試圖用成本較低的稀土鈰來取代銣，但進行這種替代被證明是困難的。

KIMS說：“為了開發一種Nd還原稀土磁鐵，必須增加鈰的含量。”直到現在，隨著鈰含量的增加，但卻不能防止磁性的劣化。”部分原因是Ce₂Fe₁₄B並不是Nd₂Fe₁₄B磁鐵的候選材料，目前使用鈰的磁鐵有11.7kG和26kOe，而使用釹的磁鐵為16kG和73kOe。

據研究小組稱，超過24%的鈰，就會使稀土磁體形成順磁性（幾乎沒有磁性），並破壞強稀土-鐵-B磁體所需的晶體結構。使用熱變形而不是燒結來形成最終的磁鐵形狀是解決的一種方案，因為快速冷卻阻礙了稀土-鐵顆粒的形成，但熱變形沒有處理前體粉末通過結晶熔融製成時就已經形成的稀土-鐵顆粒。

（圖片來源: KIMS）

韓國材料科學研究所的關鍵步驟是提高旋轉速度，在這一步驟中也加速冷卻，從相同的進料中生產非晶態前體粉末。其結果是粉末中沒有稀土-鐵顆粒，然後將其熱變形為最終的稀土磁鐵形狀，以避免隨後形成稀土-鐵顆粒。

由Jung-Goo Lee和Tae-Hoon Kim領導的研究團隊表示通過抑制不必要的磁性顆粒的形成可以成功地優化了磁體的微觀結構，KIMS說：“此外，他們還能夠同時改善剩磁和矯頑力，這是永久磁鐵的主要特性。由於剩磁和矯頑力是一種權衡關係，能改善兩者的技術是非常有用的。”

這項題為“High-performance Ce-substituted (Nd_0.7Ce_0.3)-Fe-B hot-deformed magnets fabricated from amorphous melt-spun powders”的研究發表在2022年6月Scripta Materialia（第214卷）的雜誌上，主要研究人員為：Ga-Yeong Kim, Tae-Hoon Kim, Hee-Ryoung Cha, Sang-hyub Lee, Dong-Hwan Kim, Yang-Do Kim, Jung-Goo Lee。

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