《Journal of Alloys and Compounds》：Dual Control of Coercivity in Nd-Fe-B Regenerated Magnetic Powders: Particle Size Optimization and Intrinsic Anisotropy Tuning
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稀土氢化物添加剂与低温退火协同调控钕铁硼废渣再生纳米晶粉末磁性能及机制研究。
上晓云|丛丽英|卢清梅|李鹏伟|卢梦阳|刘伟强|张宏国|岳明
中国教育部先进功能材料重点实验室，北京工业大学材料科学与工程学院，北京 100124
摘要
本研究通过高能球磨辅助钙热还原工艺，从污泥中合成了单相(Nd,RE)?Fe??B粉末，并系统研究了稀土氢化物添加剂(记为REH?，RE = Nd, Tb)和退火温度(750-950 °C)的影响。结果表明，REH?的选择决定了材料的磁性能，使得矫顽力可以从2.06 kOe（使用NdH?）调整到6.67 kOe（使用TbH?），这得益于磁晶各向异性的增强。矫顽力与退火温度非单调相关，在850 °C时达到峰值，此时颗粒尺寸接近单畴临界尺寸。矫顽力的形成机制被确定为反畴核化。本研究建立了一种可靠的回收途径，并为质量控制提供了关键见解。
引言
Nd-Fe-B永磁体是现代技术的关键组成部分[1], [2]。然而，在加工过程中，大约20-30%的初始磁性材料会以污泥的形式流失[3]。这些污泥富含稀土元素(REEs)，其含量可高达30%，甚至超过了原生矿石中的浓度[4], [5], [6]。因此，回收Nd-Fe-B污泥不仅具有经济吸引力，而且对资源可持续性和环境保护也至关重要。
Nd-Fe-B污泥的工业回收主要依赖于湿法冶金方法，但这些方法存在环境问题和元素回收不完全的问题[7]。尽管钙热还原扩散(CaRD)方法通过直接再生Nd?Fe??B磁粉提供了一种更可持续的替代方案，但其应用受到两个主要挑战的阻碍。首先，高温退火(≥1000 °C)导致能耗高和颗粒粗化，从而降低了矫顽力[8], [9]。其次，污泥前体的不规则形态导致粉末均匀性差，难以控制接近单畴临界尺寸(约300 nm)的颗粒尺寸，而这一尺寸对高矫顽力至关重要。同时，为补偿加工损失而添加的稀土元素本身的磁性能也成为影响磁性能的关键因素[10]。
为了克服这些限制，本研究采用了结合高能球磨和随后钙热还原扩散(HEBM-CaRD)的机械化学工艺来回收Nd-Fe-B污泥。机械活化步骤显著改善了前体的质量，并确保了成分的均匀性。降低还原-扩散温度并直接生产出细小、均匀的再生粉末至关重要。Cong等人[11]报道了一种创新的HEBM-CaRD工艺，使用TbH?添加剂直接从污泥中制备出了高矫顽力的纳米晶(Nd,Tb)?Fe??B再生磁粉。尽管这项研究有效地阐明了TbH?添加剂在增强磁性能中的作用，但其基本的机械化学优势尚未得到充分探讨。合成温度、颗粒尺寸和稀土元素类型对磁硬化机制的综合影响尚未系统研究。
本研究采用HEBM-CaRD工艺从Nd-Fe-B污泥中制备了纳米晶再生磁粉。系统研究了REH?添加剂(TbH?, NdH?)和退火温度(750–950 °C)对粉末颗粒尺寸、磁性能和矫顽力机制的双重影响，从而实现了有效的矫顽力控制。通过将相变和颗粒尺寸与合成条件相关联，阐明了“工艺-结构-性能”之间的关系，揭示了其与Hcj的内在联系。这项工作为高矫顽力单相再生磁粉的制备提供了新的见解，并加深了对回收Nd-Fe-B材料中矫顽力机制的理解。
部分内容摘录
原材料和污泥净化
本研究使用的原材料是从商用N48SH级烧结Nd-Fe-B磁体的多线切割过程中产生的污泥废弃物。净化过程对于去除有机污染物并获得可用于后续回收的纯净磁粉至关重要。详细的净化步骤如下：首先，对初始污泥进行离心分离以去除大部分冷却油。剩余的污泥随后经过超声清洗
结果与讨论
图1(a)显示，净化后的污泥含有2:14:1相和显著的α-Fe峰。净化后的污泥可能表现出较低的稀土元素(REE)含量和下降的磁性能。REH?添加剂对于优化磁性能至关重要。如图1(a)所示，相结构在650 °C以下为α-Fe和2:14:1相的混合物，在750 °C以上转变为单一的2:14:1相。这一相纯化过程伴随着结晶度的提高。
结论
本研究提出了一种有效的策略，通过HEBM–CaRD工艺将Nd–Fe–B污泥回收为单相(Nd,RE)?Fe??B粉末。通过REH?添加剂的协同效应和低温退火，成功调节了矫顽力。这种增强主要归因于REH?添加剂提高了磁晶各向异性，以及在850 °C时实现了接近单畴临界尺寸的优化颗粒尺寸。微观结构和磁性能
作者贡献声明
卢清梅：撰写 – 审稿与编辑，监督，资源提供。李鹏伟：资源提供。丛丽英：撰写 – 审稿与编辑，研究，概念构思。张宏国：资源提供，资金获取。岳明：监督，项目管理，资金获取。卢梦阳：资源提供。刘伟强：资源提供。上晓云：撰写 – 审稿与编辑，初稿撰写，研究，概念构思。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
本研究得到了中国国家重点研发计划(2023YFB3508500)和国家重点研发项目(2021YFB 3500801)的支持。
