从裂纹观测到晶界相分析:Apreo ChemiSEM 的钕铁硼全维度表征方案
2026-10-29

       稀土永磁材料由稀土金属元素和过渡金属元素制备而成,包括钐钴永磁材料和钕铁硼永磁材料、铁氮永磁等,其中钕铁硼永磁发展ZUI快、应用ZUI广、综合性能ZUI优。钕铁硼(NdFeB)永磁体自1983年问世以来,凭借其ZHUO YUE 的磁性能迅速成为现代工业的核心功能材料。作为第三代稀土永磁体,其理论磁能积高达512 kJ/m3(64 MGOe),工业产品普遍超过440 kJ/m3(55 MGOe),综合性能远超铁氧体和钐钴永磁体,被誉为“磁王”。钕铁硼永磁是由钕、铁、硼三种元素组成的合金磁体,为全球性能ZUI好的稀土永磁体。钕铁硼磁材根据生产工艺不同,可分为烧结、粘结以及热压三种,工艺不同,材料的晶体结构就会产生非常大的变化,材料的性能也会有巨大的差异。所以在磁体的性能和失效分析中,观察磁体晶粒的尺寸和形状、晶相界的分布、造粒和磁体颗粒以及粘结剂的分布是分析过程中不可缺少的一步。

表征钕铁硼永磁体案例

       因为钕铁硼材料本身微观结构特点及粉末冶金制备方式的特点,导致其在加工、运输、组装和应用过程中很容易产生裂纹,Apreo ChemiSEM电镜的舱室内ETD探测器无惧磁性,可对表面裂纹缺陷清晰成像,清晰呈现裂纹的形貌特征(如图2 所示)。有学者研究在磁体表面引入重稀土元素Dy或Tb,再经热处理使重稀土原子沿着晶界的液相扩散,并置换主相晶粒表层中原有的Nd而形成(Nd,Dy,Tb)2Te14B固溶体,主相晶粒中央并没有受到太多影响,因此在增强晶粒表的磁晶各向异性场进而提高内禀矫顽力的同时,对磁体的剩磁和ZUI大磁能积并不产生太大影响。

         相比传统的合金化元素添加方法,晶界扩散法可以用更低的Tb、Dy重稀土用量获得高矫顽力磁体。永磁中的Dy和Tb原材料为粉末颗粒,其形貌特征可用ApreoChemiSEM的镜筒内高分辨二次电子探测器观察,如图3所示,Dy粉和Tb粉颗粒都呈团聚状,Dy粉颗粒为无规则状,Tb粉颗粒包括球形以及片状结构。

 

        对扩散后的永磁体的晶界相的表征可用Apreo电镜的超高灵敏度T1背散射电子探测器以及TrueSight能谱相分析功能,如图4 所示,从T1呈现的背散电子图像我们可以清楚观察到晶界相有两类(衬度偏白的晶界相1和衬度偏灰的晶界相2),然后我们调用TrueSight能谱分析晶界相的元素,如图5所示,从背散射电子图像中能清楚观察到两种晶界相,表明其成分差异存在,但元素Mapping图却很难将两相的成分差异呈现,此时可发挥TrueSight能谱的相分析功能,将两相的成分差异清晰呈现出来,如图6所示,相分析功能可将两种晶界相清晰标定,各相的占比也可同时给出,TrueSight能谱的强大之处体现得LIN LI JIN ZHI。

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