釹磁鐵是所有的稀土類磁鐵中擁有強(qiáng)磁性特征的一種磁性材料，自1982年發(fā)明以來(lái)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，不僅包括手機(jī)的擴(kuò)音器、筆記本電腦的硬盤(pán)，還應(yīng)用于混合動(dòng)力車(chē)、電動(dòng)車(chē)的各種馬達(dá)以及家電產(chǎn)品如冰箱、空調(diào)等。近年來(lái)，以節(jié)能為目的的電子設(shè)備小型化、輕量化的需求，使釹磁鐵得到飛速發(fā)展，需求不斷擴(kuò)大，并擴(kuò)展應(yīng)用到了醫(yī)療用MRI等領(lǐng)域。因此，對(duì)釹磁鐵提出了耐熱化、高矯頑力等更高技術(shù)的要求，相關(guān)研究開(kāi)發(fā)工作正在推進(jìn)。下文將介紹電子探針（EPMA）在Nd燒結(jié)磁鐵中的應(yīng)用。

圖1. 島津場(chǎng)發(fā)射電子探針EPMA-8050G

島津EPMA-8050G型電子探針（圖1）搭載高質(zhì)量場(chǎng)發(fā)射電子光學(xué)系統(tǒng)，結(jié)合島津*的52.5°高X射線取出角和全聚焦晶體，可以實(shí)現(xiàn)：

01*的空間分辨率

EPMA-8050G可達(dá)到的更高級(jí)別的二次電子圖像分辨率3nm（加速電壓30kV）。

（加速電壓10kV時(shí)20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA）

02大束流更高靈敏度分析

可實(shí)現(xiàn)其他儀器所不能達(dá)到的大束流（加速電壓30kV時(shí)可達(dá)3μA）。在超微量元素的檢測(cè)靈敏度上實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，將元素面分析時(shí)超微量元素成分分布的可視化成為現(xiàn)實(shí)。

島津研發(fā)部門(mén)使用EPMA-8050G儀器對(duì)晶界擴(kuò)散Nd燒結(jié)磁鐵進(jìn)行了表面元素面掃描和定量分析。

燒結(jié)釹磁鐵的主要構(gòu)成元素是釹（Nd）、鐵（Fe）、硼（B），具有代表性的組成是Nd15Fe77B8。Nd2Fe14B（強(qiáng)磁相）的主相被富B的Nd1.1Fe4B4相（非磁相）和富Nd相（非磁相）包圍。

富Nd相是一種細(xì)薄相存在于主相的晶界處或以氧化相形式（在空氣中氧化）富集于三角晶界處。在燒結(jié)釹磁鐵中，通過(guò)使用鏑（Dy）和鋱（Tb）等重稀土元素代替Nd2Fe14B主相中的部分Nd，從而提高矯頑力。圖2所示為含Tb的燒結(jié)釹磁鐵的元素面分析結(jié)果，從中可以看出Tb分布在主相晶界處，而同樣有助于提高矯頑力的Co、 Cu、Ga分布在富Nd相附近。

圖2. 燒結(jié)釹磁鐵的元素面(Mapping)分析

燒結(jié)磁鐵的制造有二元合金法和晶界擴(kuò)散法兩種，其中，晶界擴(kuò)散法包括通過(guò)濺射法在燒結(jié)后的磁鐵表面沉積Tb和Dy，并進(jìn)行熱處理的方法，以及涂覆Tb, Dy等的重稀土元素的化合物，并在低于燒結(jié)溫度的溫度下進(jìn)行熱處理的方法等。

涂敷Tb、Dy的氟化物或者氧化物的晶界擴(kuò)散法中，熱處理時(shí)富Nd相溶解，部分?jǐn)U散到燒結(jié)磁鐵表面，Tb/Dy與之置換擴(kuò)散進(jìn)入磁鐵內(nèi)部。通過(guò)在Nd2Fe14B主相晶界附近產(chǎn)生薄而均勻且連續(xù)的富Tb/Dy殼層，可以抑制剩磁的下降，并同時(shí)提高矯頑力。

圖3所示為對(duì)添加Tb并晶界擴(kuò)散處理的釹磁鐵表面至中心的分析結(jié)果，從中可以看出，Tb通過(guò)主相晶界，從磁鐵表面擴(kuò)散到了約150μm的區(qū)域。在COMPO圖像上的面分析結(jié)果上的線分析顯示（各元素均為8wt％范圍）中，可以看到Tb和Nd、Pr發(fā)生置換，并且Tb濃度沿著中心區(qū)域方向略微降低。

圖3. Tb晶界擴(kuò)散釹磁鐵的廣域元素面分析

燒結(jié)后，形成富Nd相（非磁性相）覆蓋Nd2Fe14B（強(qiáng)磁性相）主相的結(jié)構(gòu)，在主相的晶界附近容易產(chǎn)生逆磁疇，因此，通過(guò)擴(kuò)散到晶界的Tb，抑制高溫時(shí)的逆磁疇產(chǎn)生，可以實(shí)現(xiàn)耐熱性。

將Tb晶界擴(kuò)散處理后的釹磁鐵的表面區(qū)域（圖4 (a)），中間區(qū)域（圖4 (b)），中心區(qū)域（圖4 (c)）局部放大后進(jìn)行面分析，結(jié)果顯示Nd2Fe14B主相晶粒呈多邊形，晶粒直徑為5μm左右。

圖4. Tb晶界擴(kuò)散釹磁鐵的(a)表面區(qū)域、(b)中間區(qū)域、(c)中心區(qū)域的局部放大后的元素面分析

與中心區(qū)域相比，表面區(qū)域的晶界Tb濃度比主相內(nèi)的濃度高，在中間及中心的內(nèi)部區(qū)域中，Tb集中在主相晶粒附近，形成了薄而均勻且連續(xù)的富Tb殼層。

通過(guò)上述方式研究微細(xì)結(jié)構(gòu)的變化，可以對(duì)耐熱性和高矯頑力的特性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

更多電子探針儀器信息和相關(guān)應(yīng)用敬請(qǐng)關(guān)注島津科技資訊通推文內(nèi)容。

本文內(nèi)容非商業(yè)廣告，僅供專業(yè)人士參考。