韩国材料科学研究所建议减少稀土磁铁中的钕

根据韩国材料科学研究所（KIMS）的数据，42M级商业磁铁的性能可以用比以前少30%的钕（Nd）来实现。由于混合动力/电动汽车和风力涡轮机的高效电机对各向异性的Nd-Fe-B永久磁铁的需求不断增长，Nd的资源短缺已成为一个严重的问题。因此，目前钕铁硼磁体行业面临的挑战是如何在降低磁体的Nd含量的同时，实现高矫顽磁性（Hcj）和高剩磁（4πMr）。

（图片来源: KIMS）

由于Ce是最丰富的稀土元素，Ce作为磁体中Nd的一种替代物而受到关注。然而，由于Ce₂Fe₁₄B相（4πMs = 11.7 kG, Ha = 26 kOe）的内在磁性比Nd₂Fe₁₄B相（4πMs = 16 kG, Ha = 73 kOe）低，（Nd1-xCex）-Fe-B磁体的4πMr和Hcj都随着x的增加而退化。之前研究人员试图用成本较低的稀土铈来取代铷，但进行这种替代被证明是困难的。

KIMS说：“为了开发一种Nd还原稀土磁铁，必须增加铈的含量。”直到现在，随着铈含量的增加，但却不能防止磁性的劣化。”部分原因是Ce₂Fe₁₄B并不是Nd₂Fe₁₄B磁铁的候选材料，目前使用铈的磁铁有11.7kG和26kOe，而使用钕的磁铁为16kG和73kOe。

据研究小组称，超过24%的铈，就会使稀土磁体形成顺磁性（几乎没有磁性），并破坏强稀土-铁-B磁体所需的晶体结构。使用热变形而不是烧结来形成最终的磁铁形状是解决的一种方案，因为快速冷却阻碍了稀土-铁颗粒的形成，但热变形没有处理前体粉末通过结晶熔融制成时就已经形成的稀土-铁颗粒。

韩国材料科学研究所的关键步骤是提高旋转速度，在这一步骤中也加速冷却，从相同的进料中生产非晶态前体粉末。其结果是粉末中没有稀土-铁颗粒，然后将其热变形为最终的稀土磁铁形状，以避免随后形成稀土-铁颗粒。

（图片来源: KIMS）

由Jung-Goo Lee和Tae-Hoon Kim领导的研究团队表示通过抑制不必要的磁性颗粒的形成可以成功地优化了磁体的微观结构，KIMS说：“此外，他们还能够同时改善剩磁和矫顽力，这是永久磁铁的主要特性。由于剩磁和矫顽力是一种权衡关系，能改善两者的技术是非常有用的。”

这项题为“High-performance Ce-substituted (Nd_0.7Ce_0.3)-Fe-B hot-deformed magnets fabricated from amorphous melt-spun powders”的研究发表在2022年6月Scripta Materialia（第214卷）的杂志上，主要研究人员为：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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