《Journal of Rare Earths》：Bonded Nd-Fe-B magnets: Materials, processing, properties and outlook
编辑推荐：
钕铁硼复合磁体在新能源装备中的发展及跨尺度协同设计研究，重点探讨高性能磁粉、先进绑定系统、成型工艺创新与循环经济策略的整合优化，提出基于多物理场协同的闭环制造框架，以突破能量密度与热稳定性限制。
Munan Yang|Changrong Xue|Shuwei Zhong|Jiajie Li|Sajjad UrRehman|Bin Yang|Zhongjie Qu
江西理工大学稀土磁性材料与器件重点实验室/稀土磁性材料与器件研究所（IREMMD），中国赣州，341000
摘要
在碳中和目标和快速电气化的推动下，粘结Nd-Fe-B磁体已成为轻量化、高效电机、传感器和执行器的关键材料。与烧结磁体相比，这些复合材料在几何多样性、尺寸精度和涡流损耗方面具有明显优势。然而，在高要求的应用中，其应用仍受到粘结剂含量与粉末填充量之间实际权衡的限制：较高的粘结剂含量可提高流动性，但会降低磁能积；而最大化粉末填充量则不可避免地会削弱机械强度和加工可行性。本文全面综述了粘结Nd-Fe-B磁体的生命周期，涵盖了高性能Nd-Fe-B粉末、先进粘结剂系统、磁取向策略以及从传统成型到增材制造的各种制造工艺的最新进展。此外，还重点评估了以回收和循环设计为核心的寿命终结策略。我们提倡一种跨尺度的材料协同设计框架，将粉末特性、粘结剂化学性质和加工物理过程整合到一个持续的优化循环中。这种整体视角为克服当前性能限制提供了可行途径，为开发具有更高能量密度、热可靠性和闭环可持续性的下一代粘结磁体指明了方向。
引言
由于稀土永磁体出色的磁性能，它们是新能源汽车、高效电机、智能制造和绿色能源技术发展的基础。1, 2 作为稀土磁体家族的重要组成部分，粘结磁体（由嵌入粘结剂基体中的磁性粉末组成）通过压缩、注射、挤出或压延等工艺具有独特的制造灵活性。3, 4 虽然其磁性能通常低于烧结磁体，但粘结磁体具有显著优势，如优异的设计灵活性、精确的尺寸公差、较高的电阻率以及较低的加工能耗。5 这些特性对于需要复杂结构集成的应用（如微电机、汽车传感器和消费电子产品）至关重要。6 因此，粘结磁体正从辅助部件转变为现代机电系统中不可或缺的功能组件。
实现这一潜力依赖于三个技术支柱的协同创新：(i) 以Nd-Fe-B为主的高性能磁性粉末；(ii) 确保机械强度、热稳定性和环境抗性的先进粘结剂系统；(iii) 从传统成型到新兴增材制造（AM）技术的不断发展。8, 9, 10, 11 然而，对于高需求的应用（尤其是高速电动汽车牵引电机），粘结NdFeB磁体的应用仍面临重大挑战，主要限制在于其最大磁能积（BHmax）较低，且热稳定性不足，通常工作温度限制在150°C以下。克服这些限制需要不仅仅是渐进式的改进，还需要对磁性粉末、粘结剂系统和制造工艺进行协同优化。
大量研究致力于优化特定材料方面，最近的综述全面分析了(i) 热变形Nd-Fe-B粉末及其微观结构形成，(ii) 增材制造策略，以及(iii) 高温热塑性粘结剂系统。14 然而，这些现有研究往往将材料选择和加工技术视为独立领域，忽略了它们之间的复杂相互作用。特别是，它们很少将粉末设计、粘结剂化学性质、成型工艺和寿命终结回收整合到一个整体统一的框架中。为了将这些零散的进展转化为更优的器件性能，多尺度、综合性的视角至关重要。
与以往的综述不同，我们提出了一个多尺度协同设计框架：(i) 将粉末、粘结剂和成型工艺的进展综合起来，特别强调多物理场的一致性和智能制造；(ii) 明确将这些进展与磁性能、热机械可靠性和可制造性联系起来；(iii) 将循环经济原则和回收策略作为核心设计元素。这种整体方法旨在建立全面的工艺-结构-性能关系，以解决性能与成本之间的权衡问题，为下一代具有更高能量密度、热可靠性和可持续性的粘结Nd-Fe-B磁体的发展提供路线图。
高性能磁性粉末
粘结Nd-Fe-B磁体的磁性能主要受组成粉末内在特性的影响。高性能Nd-Fe-B粉末通常通过专门的制备工艺合成，主要包括熔融纺丝（MS）、气体雾化（GA）、氢化-歧化-解吸-重组（HDDR）以及热变形（HD）磁体的机械粉碎。
先进粘结剂系统
粘结剂是连接磁性颗粒并赋予其机械、热和环境稳定性的关键成分。根据化学性质，粘结剂通常分为热固性、热塑性和弹性体。47 图4展示了这些粘结剂类别、相应的制造工艺以及所得粘结永磁体产品形式之间的关系。
成型方法
粘结Nd-Fe-B磁体的性能、几何极限和应用潜力与其制造工艺密切相关。制造工艺的选择（通常是压缩、注射、压延、挤出或增材制造）决定了诸如磁性粉末填充量、各向异性程度和设计自由度等关键属性。本节回顾了这些核心工艺，探讨了每种工艺如何利用特定的粉末和粘结剂特性来实现独特的平衡。回收与可持续性
鉴于Nd-Fe-B磁体依赖于关键的稀土元素（REEs）和能源密集型生产过程，实现其材料循环利用至关重要。121, 122, 123, 124 与烧结磁体相比，粘结磁体含有有机粘结剂和填料，这虽然增加了冶金回收的复杂性，但使得在低温下直接回收和再利用磁粉成为可能。125, 126, 127, 128, 129, 130 本节将探讨热塑性和某些热固性粘结剂的磁体之间的回收途径。结论与展望
粘结Nd-Fe-B磁体领域正处于一个关键转折点，正从渐进式改进转向整体系统方法。未来的突破将不仅仅来自粉末、粘结剂或工艺的单独进步，而是来自它们在智能制造和循环经济原则框架内的协同设计。未来十年的重大挑战和战略方向可以围绕四个相互关联的支柱来构建：
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文的研究工作。
致谢
本研究得到了赣州市“挑战与响应”项目（2023ULGX0003）和开放基金项目的资助（GRKCXTGNCL2301）。
