磁控溅射Al-Cu合金晶界扩散对烧结Nd-Fe-B永磁体磁性能与微观结构的协同优化机制

本文通过磁控溅射（Magnetron Sputtering）技术在烧结Nd-Fe-B磁体表面沉积Al-Cu合金，系统研究了晶界扩散工艺（GBDP）对磁体室温/高温磁性能（Hc、Br）及微观结构的影响。双面镀膜磁体经860℃扩散后矫顽力提升11.66%（14.36 kOe），剩磁仅降低0.02 kGs。微观分析揭示Al-Cu通过优化晶界相（GB phases）成分与元素分布增强磁性能，高温测试显示温度系数绝对值改善（|α(Br)|=0.65，|β(Hc)|=0.10），为无重稀土（HRE-free）高性能磁体设计提供新思路。

　　

Highlight

晶界扩散工艺（GBDP）作为磁体性能强化的有效手段，能在显著提升矫顽力（Coercivity）的同时基本保持剩磁（Remanence）。本研究采用磁控溅射（Magnetron Sputtering）将Al-Cu合金扩散至烧结Nd-Fe-B磁体，聚焦Al/Cu的晶界扩散行为，系统探究其对磁体室温及高温磁性能与微观结构的影响。

Results and discussion

根据Al-Cu二元相图，当Cu摩尔分数为17.1%时合金达到共晶点，此时Al:Cu≈4:1的配比可实现最低熔点和最少第二相生成。实验发现：双面镀膜N52磁体在860℃扩散后性能最优——矫顽力从12.86 kOe跃升至14.36 kOe（+11.66%），剩磁仅微降0.02 kGs。微观表征（SEM/EPMA）显示Al-Cu扩散促使晶界相富Nd，优化元素分布并增强主相晶粒隔离效应。高温磁性能测试（20-100℃）表明，剩磁与矫顽力温度系数绝对值分别从0.68→0.65和0.11→0.10，证实磁体热稳定性提升。

Conclusion

(1) 双面镀膜磁体的综合性能显著优于单面处理；(2) 晶界相重构与元素扩散路径优化是性能提升的关键；(3) 该工艺为开发低成本、高热稳定性Nd-Fe-B磁体提供了非稀土（Non-RE）解决方案。