烧结钕铁硼作为关键使能材料,凭借优异性能与可靠性改变了现代工业。这得益于历代材料工程师与研究者对工艺的持续改进。从可再生能源、汽车到电子,这类磁体已成为众多产业不可或缺的基础部件。

晶界扩散(GBD)已被证明能有效提高烧结钕铁硼的矫顽力,并优化 Tb/Dy 的利用。工业 GBD 工艺的进步使退磁曲线得以扩展,从而得到剩磁更高、矫顽力足以在多种工况下维持性能的新一类磁体。评估工况需覆盖工作环境、产品尺寸、工作温度、退磁场、机械应力与化学暴露等。其中工作温度与退磁场通常对应不同温度下的磁性能,依据是矫顽力成核理论。为弄清 GBD 磁体的退磁行为,工程师持续投入研究,发现退磁会从磁体中心开始,这使宏观尺度上的理论更为复杂。

GBD 烧结钕铁硼宏观退磁过程示意
GBD 烧结钕铁硼宏观退磁过程示意

烧结钕铁硼的矫顽力机制以反向磁畴成核为主。在该机制下,反磁化在微观上多出现于晶粒外层,在宏观上多出现于磁体表面——这些位置更容易存在晶粒缺陷。要完整理解矫顽力机制,还必须考虑 GBD 工艺的特点:它会在微观与宏观两个尺度上同时影响晶粒壳层以及烧结钕铁硼中 Tb 的分布。

GBD 磁体的宏观退磁机制与非 GBD 磁体不同。GBD 磁体的反磁化会在表面与中心区域同时开始。当外磁场 μ₀Hext 增大到某一阈值,退磁会在 μ₀Hc 相当的层间扩展,但在一定外场下无法突破近表面 μ₀Hc 更高的层。相比之下,非 GBD 磁体的磁畴翻转会迅速由一颗晶粒传到另一颗,从表面向内部推进。GBD 磁体中,矫顽力差异会阻碍退磁传播。随着 μ₀Hext 进一步增大,退磁区开始向原 N–S 极扩展,使原磁极逐渐减弱,直至被由中心生长的反磁化完全取代。GBD 磁体在退磁过程中中心发生反磁化,正是因为最外层表面的 μ₀Hc 高于中心。

因此,在评估 GBD 烧结钕铁硼是否适用于具体工况时,宏观退磁是必须纳入考虑的因素。更详细的讨论可参见文章 Macroscopic demagnetization of the sintered Nd-Fe-B magnets prepared by Tb grain boundary diffusion。同主题还可阅读 晶界扩散制备厚烧结钕铁硼磁体及磁组件一体化制造。如需进一步了解,欢迎与我们联系。

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