根據中科院寧波材料技術與工程研究所消息，寧波材料所在高丰度釔混合稀土永磁材料研發和產業化方面獲新進展。
中國擁有豐富的稀土資源，在地殼中的分佈呈現共伴生的特性，主要以北方的輕稀土礦及南方的離子型中重稀土礦為主，不僅滿足了國內經濟社會發展的需要，而且為全球稀土供應作出了重要貢獻。當前，中國以23%的稀土資源承擔了全球90%以上的市場供應。中國生產的稀土永磁材料總產量佔世界總產量的80%以上，消耗了我國稀土總應用量的40%左右，稀土永磁材料產業的發展對稀土資源的平衡利用起著舉足輕重的作用。
在稀土永磁領域，利用稀土元素替代實現對磁體硬磁相內稟磁性調節在產業界的應用已經較為成熟，尤其是以重稀土元素Dy、Tb進行元素替代，然而高丰度低成本稀土元素La、Ce、Y在稀土永磁材料中的應用相對較少，造成高丰度稀土La、Ce、Y的囤積和浪費。因此，針對稀土資源的分佈和應用不平衡的現狀，發展高丰度稀土元素在永磁材料中的應用成為重要的方向。近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所稀土磁性功能材料實驗室針對南方離子型中、高釔礦的特點，在高丰度釔混合稀土永磁材料研發和產業化方面取得系列進展，通過對硬磁主相的結構設計與界面分佈的優化調控，開發出具有優異耐溫特性的高矯頑力磁體，突破了高丰度稀土元素在永磁領域的應用瓶頸。
燒結Nd-Fe-B永磁體的磁性能取決於磁體的相組成及微觀結構，而磁體相組成和微觀結構主要由製備過程中合金元素冶金行為控制，研究人員首先系統研究了高丰度稀土元素La/Ce/Y在磁體制備過程中的分佈及遷移特徵，澄清其對合金成相及微觀組織結構的影響規律。研究發現在速凝過程中，La和Ce在合金的晶界相中大量富集，Y主要富集於合金的2:14:1主相中，分析表明Y的引入可以穩定四方相，避免La、Ce對硬磁相結構的破壞。在後續工藝過程中，Y則進一步從晶界向主相晶粒內部偏聚。圖1反映了這種稀土冶金行為造成的不同高丰度稀土元素在合金內分佈的差異性。
基於對該冶金行為特徵及磁體反磁化機理的認識，研究人員進一步提出了Y在主相內部偏聚的結構設計思路，並獲得了Y偏聚於主相晶粒核心的核殼結構，如圖2所示，晶粒表層的較低的Y含量使得主相晶粒具有更高各向異性場的殼層區域，能夠有效抑制晶粒表面的反磁化形核過程，增強磁體的矯頑力。進一步通過合理設計晶界成分，利用晶界相區域的溶解析出作用，解決由於晶粒生長及稀土釔元素強烈的遷移偏聚行為造成的晶粒黏連、晶界相缺失及偏聚的難題，成功實現了連續均勻的晶界相對核殼結構硬磁相的包覆，有效增強了晶粒間的磁隔離效應，使得高丰度釔混合稀土磁體表現出較高的室溫矯頑力及優異的耐溫特性，在Y替代Nd40%之內均可獲得最大磁能積大於40MGOe的磁性能，Y替代15%Nd獲得矯頑力大於17kOe的磁性能，綜合性能優於Ce取代磁體。該研究結合主相結構調控及晶界增強技術，解決了高丰度稀土磁體成相難及結構不均勻的問題。
相關研究成果相繼發表在IEEE Trans. Magn.(2015, 51(8): 1-4)、Appl. Phys. Lett.(2017, 110(17): 172405)、Acta Mater.(154 (2018) 343-354) 等學術期刊上，受到國家重點研發計劃和國家自然科學基金等的支持。該團隊正與中國稀土六大集團之一的中國鋁業進行合作，開發高丰度釔混合稀土磁體產業化技術，在中鋁集團的生產基地初步實現了技術轉移和批量牌號的生產（如圖3所示），並在2018年6月於常州舉辦的江蘇稀土新材料產業發展論壇上進行了相關成果推介，受到稀土產業鏈相關單位的廣泛關注。
圖1 不同高丰度稀土元素（La、Ce、Y）取代合金TEM微觀結構及界面元素分佈
圖2 Y取代磁體的微觀組織結構及晶粒內部元素分佈狀態
圖3 中國鋁業進行中試生產現場（左）和Y混合稀土磁體的產品推介（右）
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