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)濟社會發(fā)展的需要，而且為全球稀土供應作出了重要貢獻。當前，中國以23%的稀土資源承擔了全球90%以上的市場供應。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。

在稀土永磁領域，利用稀土元素替代實現(xiàn)對磁體硬磁相內(nèi)稟磁性調(diào)節(jié)在產(chǎn)業(yè)界的應用已經(jīng)較為成熟，尤其是以重稀土元素Dy、Tb進行元素替代，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用相對較少，造成高豐度稀土La、Ce、Y的囤積和浪費。因此，針對稀土資源的分布和應用不平衡的現(xiàn)狀，發(fā)展高豐度稀土元素在永磁材料中的應用成為重要的方向。近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所稀土磁性功能材料實驗室針對南方離子型中、高釔礦的特點，在高豐度釔混合稀土永磁材料研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得系列進展，通過對硬磁主相的結(jié)構設計與界面分布的優(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域的應用瓶頸。

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，而磁體相組成和微觀結(jié)構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)構的破壞。在后續(xù)工藝過程中，Y則進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理的認識，研究人員進一步提出了Y在主相內(nèi)部偏聚的結(jié)構設計思路，并獲得了Y偏聚于主相晶粒核心的核殼結(jié)構，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，增強磁體的矯頑力。進一步通過合理設計晶界成分，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，成功實現(xiàn)了連續(xù)均勻的晶界相對核殼結(jié)構硬磁相的包覆，有效增強了晶粒間的磁隔離效應，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)構調(diào)控及晶界增強技術，解決了高豐度稀土磁體成相難及結(jié)構不均勻的問題。

相關研究成果相繼發(fā)表在IEEE Trans. Magn.(2015, 51(8): 1-4)、Appl. Phys. Lett.(2017, 110(17): 172405)、Acta Mater.(154 (2018) 343-354) 等學術期刊上，受到國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金等的支持。該團隊正與中國稀土六大集團之一的中國鋁業(yè)進行合作，開發(fā)高豐度釔混合稀土磁體產(chǎn)業(yè)化技術，在中鋁集團的生產(chǎn)基地初步實現(xiàn)了技術轉(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)展論壇上進行了相關成果推介，受到稀土產(chǎn)業(yè)鏈相關單位的廣泛關注。