Comparative study of Pr/PrFe/PrAl grain boundary diffusion processed Nd–Ce–Fe–B sintered magnets with high Ce substitution: Evolutionary microstructure and magnetic responses

矫顽力 材料科学 微观结构 晶界 剩磁 扩散 晶界扩散系数 铁磁性 相(物质) 磁铁 冶金 核磁共振 凝聚态物理 磁化 热力学 磁场 化学 物理 有机化学 量子力学
作者
Guohua Bai,Wang Chen,Mengfan Bu,Liang Zhou,Boyu Peng,Wei Li,Mi Yan
出处
期刊:Acta Materialia [Elsevier]
卷期号:257: 119175-119175
标识
DOI:10.1016/j.actamat.2023.119175
摘要

Owing to high natural abundance, surplus stockpile and low price of Ce, the Nd–Ce–Fe–B magnet possesses outstanding advantages as a novel permanent alternative with reduced critical rare earth (RE). However, the wide application of Nd–Ce–Fe–B magnet with high Ce substitution is still impeded by the low-coercivity issue. Here we report a comparative study of Pr/PrFe/PrAl grain boundary diffusion processed (GBDP) Nd–Ce–Fe–B sintered magnets to unravel the evolutionary microstructure and magnetic responses towards higher coercivity. Via Pr diffusion-induced microstructural engineering, continuous REFe2 and RE-rich/Fe-lean intergranular phases coexist at a long diffusion depth, with concurrent formation of thick Pr-rich shell surrounding RE2Fe14B grains. The resultant magnetic performance with Hcj = 14.4 kOe, Br = 13.2 kG, and (BH)max = 41.0 MGOe reaches the highest level reported so far upon high Ce substitution of 40 wt%, revealing that Pr GBDP successfully manages to overcome the coercivity-remanence trade-off. For PrFe GBDP, significant quantities of Fe are redistributed to inevitably form Ce-rich REFe2 precipitates at the outmost diffusion surface, which retard the diffusion efficiency and limit the depth of continuous Pr-rich GBs/shells compared to pure Pr diffusion. For PrAl GBDP, extra Al induces ferromagnetic RE–Fe–Al phase to replace REFe2 phase at a deeper diffusion depth, which limits the coercivity increment. Further micromagnetic simulations coincide with the experimental results, revealing the priority of regulating non-ferromagnetic GB phase towards high-coercivity Nd–Ce–Fe–B. Above findings not only deepen our understanding on distinct metallurgical behaviors of Pr/PrFe/PrAl diffusion, but also delight future work on developing Ce-rich Nd–Ce–Fe–B magnets.
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