中國擁有豐富的稀土資源，在地殼中的分布呈現(xiàn)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(nèi)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需要，而且為全球稀土供應(yīng)作出了重要貢獻(xiàn)。當(dāng)前，中國以23%的稀土資源承擔(dān)了全球90%以上的市場供應(yīng)。中國生產(chǎn)的稀土永磁材料總產(chǎn)量占世界總產(chǎn)量的80%以上，消耗了我國稀土總應(yīng)用量的40%左右，稀土永磁材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)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(lǐng)域，利用稀土元素替代實(shí)現(xiàn)對磁體硬磁相內(nèi)稟磁性調(diào)節(jié)在產(chǎn)業(yè)界的應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，尤其是以重稀土元素Dy、Tb進(jìn)行元素替代，然而高豐度低成本稀土元素La、Ce、Y在稀土永磁材料中的應(yīng)用相對較少，造成高豐度稀土La、Ce、Y的囤積和浪費(fèi)。因此，針對稀土資源的分布和應(yīng)用不平衡的現(xiàn)狀，發(fā)展高豐度稀土元素在永磁材料中的應(yīng)用成為重要的方向。近日，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所稀土磁性功能材料實(shí)驗(yàn)室針對南方離子型中、高釔礦的特點(diǎn)，在高豐度釔混合稀土永磁材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得系列進(jìn)展，通過對硬磁主相的結(jié)構(gòu)設(shè)計與界面分布的優(yōu)化調(diào)控，開發(fā)出具有優(yōu)異耐溫特性的高矯頑力磁體，突破了高豐度稀土元素在永磁領(lǐng)域的應(yīng)用瓶頸。

燒結(jié)Nd-Fe-B永磁體的磁性能取決于磁體的相組成及微觀結(jié)構(gòu)，而磁體相組成和微觀結(jié)構(gòu)主要由制備過程中合金元素冶金行為控制，研究人員首先系統(tǒng)研究了高豐度稀土元素La/Ce/Y在磁體制備過程中的分布及遷移特征，澄清其對合金成相及微觀組織結(jié)構(gòu)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)在速凝過程中，La和Ce在合金的晶界相中大量富集，Y主要富集于合金的2:14:1主相中，分析表明Y的引入可以穩(wěn)定四方相，避免La、Ce對硬磁相結(jié)構(gòu)的破壞。在后續(xù)工藝過程中，Y則進(jìn)一步從晶界向主相晶粒內(nèi)部偏聚。圖1反映了這種稀土冶金行為造成的不同高豐度稀土元素在合金內(nèi)分布的差異性。

基于對該冶金行為特征及磁體反磁化機(jī)理的認(rèn)識，研究人員進(jìn)一步提出了Y在主相內(nèi)部偏聚的結(jié)構(gòu)設(shè)計思路，并獲得了Y偏聚于主相晶粒核心的核殼結(jié)構(gòu)，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(qū)域，能夠有效抑制晶粒表面的反磁化形核過程，增強(qiáng)磁體的矯頑力。進(jìn)一步通過合理設(shè)計晶界成分，利用晶界相區(qū)域的溶解析出作用，解決由于晶粒生長及稀土釔元素強(qiáng)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(shí)現(xiàn)了連續(xù)均勻的晶界相對核殼結(jié)構(gòu)硬磁相的包覆，有效增強(qiáng)了晶粒間的磁隔離效應(yīng)，使得高豐度釔混合稀土磁體表現(xiàn)出較高的室溫矯頑力及優(yōu)異的耐溫特性，在Y替代Nd40%之內(nèi)均可獲得最大磁能積大于40MGOe的磁性能，Y替代15%Nd獲得矯頑力大于17kOe的磁性能，綜合性能優(yōu)于Ce取代磁體。該研究結(jié)合主相結(jié)構(gòu)調(diào)控及晶界增強(qiáng)技術(shù)，解決了高豐度稀土磁體成相難及結(jié)構(gòu)不均勻的問題。

相關(guān)研究成果相繼發(fā)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(xué)術(shù)期刊上，受到國家重點(diǎn)研發(fā)計劃和國家自然科學(xué)基金等的支持。該團(tuán)隊正與中國稀土六大集團(tuán)之一的中國鋁業(yè)進(jìn)行合作，開發(fā)高豐度釔混合稀土磁體產(chǎn)業(yè)化技術(shù)，在中鋁集團(tuán)的生產(chǎn)基地初步實(shí)現(xiàn)了技術(shù)轉(zhuǎn)移和批量牌號的生產(chǎn)（如圖3所示），并在2018年6月于常州舉辦的江蘇稀土新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展論壇上進(jìn)行了相關(guān)成果推介，受到稀土產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)單位的廣泛關(guān)注。