安徽大学在稀土永磁材料研究取得突破 揭示重稀土扩散关键机制

稀土永磁材料是稀土资源最重要的功能化应用方向之一,也是新能源汽车驱动电机、风电发电机、高端装备与电子信息等产业链的基础材料。

随着高端制造与绿色低碳转型加速,市场对高性能稀土永磁体的需求持续增长。

与此同时,稀土资源利用结构性矛盾日益凸显:一方面,镧、铈等高丰度稀土在部分应用环节存在“用得少、积压多”的现实压力;另一方面,镝、铽等战略重稀土在提升磁体高温稳定性等关键性能上不可替代,但总体供给相对紧张、使用效率仍有提升空间。

如何在保障性能的同时减少重稀土消耗、扩大高丰度元素的高附加值应用,成为材料领域服务国家战略需求的重要课题。

从原因看,稀土永磁材料的性能提升往往依赖微观组织的精细调控。

以钕铁硼永磁体为例,面对高温工况或复杂环境,加入一定比例的重稀土可显著提高矫顽力等指标,但传统做法容易带来重稀土用量偏大、成本上升等问题。

近年来,晶界扩散技术因能够在不显著牺牲磁性能的情况下实现“少用重稀土、性能更稳定”,逐渐成为提高资源利用效率的关键路径之一。

然而,在高丰度稀土磁体体系中,重稀土在晶界、晶粒及相关缺陷处的扩散行为更为复杂,扩散效率受多因素制约,相关机理认识不足成为制约工艺优化的重要瓶颈。

在此背景下,安徽大学王守国教授团队面向国家战略需求,联合北京工业大学及稀土永磁材料全国重点实验室,围绕“高丰度稀土磁体的重稀土晶界扩散”这一关键技术开展系统研究。

团队通过深入的微观结构与扩散行为分析,首次揭示影响重稀土扩散效率的两大关键微观机制,为解释“为什么扩散效果在不同组织结构中差异显著”提供了更清晰的物理图景,也为后续通过组织结构设计实现扩散效率提升提供了理论依据。

相关成果发表于材料领域期刊《先进功能材料》。

这一进展的影响主要体现在三方面:其一,从资源端看,提升重稀土利用效率有助于降低单位产品对战略资源的依赖强度,缓解供给波动对产业链造成的压力,并为稀土资源均衡化利用提供更可操作的方向。

其二,从产业端看,若晶界扩散机理认识更加清晰,工艺参数与组织调控将更具针对性,有望推动高性能永磁体在更高温、更高可靠性场景中应用,支撑新能源汽车、节能电机、风电等领域对关键材料的迭代需求。

其三,从创新端看,围绕高丰度稀土的材料设计思路更加明确,有利于打通“基础研究—工艺优化—工程化应用”的链条,为我国新材料领域形成可持续的技术积累。

对策层面,业内普遍认为应在“强基础、促转化、保供给”上同步发力:一是继续加强对晶界扩散、相界面调控、缺陷演化等基础问题的研究,以机理认识推动工艺从经验走向可预测、可设计;二是推动高校、国家重点实验室与企业联合攻关,建立从小试到中试的验证平台,将机理成果转化为可复制的工艺窗口与质量控制方案;三是面向产业链需求开展标准化与评价体系建设,围绕高温稳定性、寿命可靠性、资源消耗强度等指标形成更清晰的工程导向;四是结合资源特点推进高丰度稀土的高值化应用布局,形成“以用促消、以技提效”的良性循环。

展望未来,稀土永磁材料仍将伴随新能源与高端制造扩张而长期保持战略重要性。

随着晶界扩散等关键技术持续突破、材料设计理念不断更新,高丰度稀土磁体的性能边界有望进一步拓展,重稀土的使用方式也将从“增量添加”向“精准配置”演进。

可以预期,围绕资源均衡化与关键材料自主可控的系统性研究,将在更广阔的产业场景中释放价值,为我国新材料产业高质量发展提供更坚实的底座支撑。

稀土资源的科学利用关乎国家战略竞争力。

这项突破性研究启示我们,化解资源困境不能仅靠扩大开采,更需要通过基础研究的持续创新来提升资源利用效率。

当科技赋能资源开发,我国从稀土大国迈向稀土强国的路径将更加清晰,也为全球资源高效利用贡献了中国智慧。