湖南大学徐先东课题组在《Acta Materialia》杂志上发表了题为《Correlated microstructure and magnetic properties of Ce-substituted sintered Nd-Fe-B magnets: Role of various phases at triple junctions and grain boundaries》的最新研究成果。该研究探讨了Ce替代钕铁硼磁体中的Nd(Pr)元素对材料的成本和磁性能的影响。
新能源汽车的发展推动了对钕铁硼磁体的需求，使用Ce替代钕铁硼磁体中的Nd(Pr)元素可以有效降低材料成本并保持良好的磁性能。然而，Ce替代钕铁硼磁体中存在一些争议现象：(1)关于Ce在主相中的占位和价态；(2)REFe2相的形成路径及其作用；(3)Ce替代钕铁硼磁体中矫顽力异常上升的原因。为了解决以上问题，研究人员选择了不同Ce替代量的(Nd,Pr)30.3-xCexFebal.M1.4B0.92 (wt.%) (xCe = 0, 2, 4, 6, 8; M = Al, Co, Cu, Ga, Ti)磁体作为研究材料，并利用XRD、SEM、STEM-EDS、STEM-EELS和Lorentz-TEM等表征技术对其显微结构和磁性能进行了系统分析。
研究结果表明，当Ce替代量大于4 wt.%时，矫顽力和剩磁呈非线性下降趋势，并且此时形成的REFe2相抑制了REOx氧化物的生成。在Ce替代量为6 wt.%时，主相的晶格收缩得到了一定程度的抑制，同时伴随着Ce在4f占位上含量的增加和Ce价态向三价态的转变。根据上述结果以及晶界相的成分和价态分析，论文提出了REFe2相的形成路径。研究还系统地表征了REFe2相形成的晶界，发现主相和REFe2相之间存在双层结构，包括富含Fe的层和富含RE的层。通过成分分析，该双层结构的形成主要归因于REFe2相具有较低的润湿性和Fe与Ce之间的正混合焓。通过成分和Lorentz-TEM分析证实，REFe2晶界能够有效增强主相晶粒间的去磁交换耦合作用，提高样品的矫顽力。最后，系统的分析结果表明，磁性能异常主要归因于REFe2相的形成，该相不仅降低了主相中Ce的含量，还有效阻止了反向磁畴向临近晶粒的扩展。这项研究为开发低成本、高性能的Ce替代钕铁硼磁体提供了深入的结构见解。
上述研究得到了国家高层次人才青年项目的支持，湖南大学材料科学与工程学院为论文的第一完成单位，博士研究生黎国猛为论文的第一作者，徐先东教授为通讯作者。文章链接为：https://doi.org/10.1016/j.actamat.2023.119407。
