4月9日，由北京工业大学、安徽大地熊新材料股份有限公司单位研究团队（通讯作者：北京工业大学路清梅副研究员、岳明教授）关于晶界重建用于高含量Ce烧结Nd-Ce-Fe-B磁渣的高性能再生的成果发表于《Sustainable Materials and Technologies》（IF 9.6）。研究人员通过添加CeHx、(Nd0.75Pr0.25)Hx及其混合物作为晶界添加剂等方法，提升了再生磁体的矫顽力和整体磁性能。

实验实验过程

研究团队使用了机械加工过程中产生的S-NdFeB废料，并对其进行了研磨清洁，以去除表面的严重氧化层。清洁后的磁渣在氩气保护下进行了粗碎处理，随后在氢化炉中进行了氢吸收和脱氢过程，具体参数为260°C下1.5小时的氢吸收和550°C下5小时的脱氢。处理后的磁渣通过气流磨和分类设备进一步细化，以获得大约4 μm大小的单晶粉末颗粒。这些粉末随后与氢化处理过的金属Ce和Nd0.75Pr0.25合金粉末混合，并在1.8 T的磁场中定向，接着在5 MPa的压力下压实，并进行200 MPa的冷等静压处理。之后，样品在1050 °C下烧结3小时，并在真空炉中进行了两步退火处理，分别在820°C和420°C下进行，以精确控制材料的组成和微观结构。

为了调节再生磁体的组成，参考了氢化过程中稀土元素的损失情况，选用了RE氢化物粉末(Nd0.75Pr0.25)Hx和CeHx作为补充。原始磁体被标记为YS，而完全回收的烧结磁体标记为ZS。通过调整CeHx与(Nd0.75Pr0.25)Hx的比例，制备了不同组成的磁体，包括名义组分磁体Ce5(PrNd)1，其组成与原始磁体YS一致，以及完全添加CeHx的磁体Ce6(PrNd)0和Ce1(PrNd)1，以及完全添加(Nd0.75Pr0.25)Hx合金的磁体Ce0(PrNd)1。

主要结果

首先对工业过程中产生的不合格大宗磁体进行了详细的特征分析，包括外观、内部和表面氧含量、相结构和组成。研究发现，尽管废料表面存在严重氧化，但内部展示了典型的2:14:1单相结构，具有较低的氧含量（约1000 ppm），这表明这些废料适合使用氢脱附（HD）方法进行回收。

对原始废料和经过不同处理步骤后得到的再生磁体进行了性能测试。结果表明，未经稀土元素（RE）调整的再生磁体ZS的剩余磁感应强度（Br）显著提高，但矫顽力（Hcj）急剧下降，密度也仅约为7.3 g/cm³。通过添加CeHx部分恢复了矫顽力，但仅达到9.3 kOe。通过调整添加的Ce和(Nd0.75Pr0.25)Hx的比例，Br、Hcj和最大能量产品（(BH)max）的值随着(Nd0.75Pr0.25)Hx比例的增加而提高。当完全添加(Nd0.75Pr0.25)Hx时，得到了性能恢复至与原始磁体YS相当的再生磁体Ce0(PrNd)1，其Br为11.72 kG，Hcj为11.56 kOe，(BH)max为32.23 MGOe，性能恢复率分别达到了98.8%，103.5%和98%。

通过X射线衍射（XRD）和Rietveld精修软件对粉末的相组成进行了分析，发现所有磁体均展现出良好的单相2:14:1四方结构和取向性。扫描电子显微镜（SEM）和电子探针微分析仪（EPMA）的分析结果揭示了磁体的微观结构和元素分布，发现所有磁体主要由RE2Fe14B主相、富RE氧化物相和富RE合金相组成。在原始磁体YS中，RE富集相主要分布在晶界，而在再生磁体ZS中，由于总RE含量的减少，RE富集相显著减少，导致晶界不明显。

论文讨论了磁体性能恢复的机制。通过添加(Nd0.75Pr0.25)Hx，增加了液相的体积分数，改善了主相颗粒之间的润湿行为，有利于形成连续且富集的晶界层。(Nd0.75Pr0.25)Hx的添加还改变了局部元素梯度，促进了Nd在RE2Fe14B晶粒中的扩散，以及Ce从主相向晶界相的扩散，从而增强了主相晶粒的局部磁晶各向异性和Ce基基质相中的磁稀释效应。这些发现为稀土永磁材料的循环利用提供了新的见解，并为进一步提升再生磁体的性能提供了重要的科学依据。

总结

本研究指出通过引入补充晶界添加剂，如Ce、(Nd0.75Pr0.25)Hx及其组合，成功恢复了高Ce含量Nd-Ce-Fe-B废料的磁性能。特别是当添加2.31重量百分比的(Nd0.75Pr0.25)Hx时，得到了一个高性能的再生磁体，其性能参数与商业N35磁体相当，具体表现为剩余磁感应强度（Br）为11.72 kG，矫顽力（Hcj）为11.56 kOe，以及最大磁能积（(BH)max）为32.23 MGOe，性能恢复率达到了98.8%，103.5%和98%。

研究进一步强调了晶界重建的重要性，其中(Nd0.75Pr0.25)Hx的添加增加了液相的体积分数，改善了主相颗粒之间的润湿行为，并促进了连续且厚的富集晶界层的形成。这种连续且均匀的晶界层在磁体的磁隔离效应中起到了关键作用，特别是对于再生磁体Ce0(PrNd)1，这是其性能恢复优越的主要原因。研究还探讨了元素扩散与磁性能提升之间的关系。随着(Nd0.75Pr0.25)Hx比例的增加，Nd元素部分替代了2:14:1主相中的Ce元素，这种元素替代行为增强了局部磁晶各向异性和磁稀释效应，从而提高了再生磁体的矫顽力。

本研究不仅为高Ce含量烧结Nd-Ce-Fe-B废料的再生提供了新的见解，还对其他稀土二次资源的高性能恢复具有参考价值。晶界重建技术为提升稀土永磁材料的循环利用效率提供了一种有前景的方法，对环境保护和资源节约具有积极影响，为未来的研究方向和工业应用提供了宝贵的参考。

附录信息

论文的发表日期：2024年4月9日

发表的期刊名称：Sustainable Materials and Technologies

论文标题：Grain boundary reconstruction for high-performance regeneration of Ce-abundance sintered Nd-Ce-Fe-B magnet scraps

论文所有作者：Yi Huang, Qingmei Lu, Xuyuan Huang, Shuhan Dong, Youhao Liu, XiaoFei Yi, Jie Song, Zhibo Zhao, Ming Yue

作者所在的机构名称：Beijing University of Technology；Key Laboratory of Advanced Functional Materials；Earth-Panda Advanced Magnetic Materials Co. Ltd.

论文的DOI链接：https://doi.org/10.1016/j.susmat.2024.e00931