随着新能源、高端装备等领域对永磁材料高温稳定性的需求日益提升，如何在降低重稀土用量的同时保持优异磁性能，成为关键科学问题。烧结钕铁硼永磁材料凭借其极高的最大磁能积和矫顽力，成为应用最广泛的稀土永磁材料。然而，其在高温环境下易发生热退磁，限制了在新能源汽车、风力发电等领域的可靠性。目前，最有效的解决路径是晶界扩散工艺，通过引入重稀土元素形成高各向异性核壳结构以提升矫顽力。然而，传统扩散源（如TbF₃）与磁体基体之间存在界面相容性差、扩散动力学受限等问题，导致重稀土元素渗透深度不足、分布不均，难以兼顾低重稀土用量与高性能。因此，开发兼具优异界面匹配与高效原子迁移能力的新型扩散源，成为突破现有性能瓶颈的关键方向。

针对上述挑战，赣南实验室、江西理工大学稀土学院钟淑伟博士、杨斌教授与杨牧南教授团队，在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究论文，提出一种基于非晶NdCu合金的协同扩散源设计策略。该工作综合运用原子探针断层扫描、分子动力学模拟与微磁学计算，系统揭示了非晶结构在晶界扩散中的独特优势及其对磁性能提升的微观机制。

01 非晶扩散源设计：从结构无序到动力学优势

研究团队针对传统晶态扩散源（如TbF₃、晶态NdCu）界面匹配性差、扩散效率受限的问题，设计了一种非晶NdCu合金与TbF₃复合的混合扩散源。通过调控甩带速率，成功制备出具有长程无序结构的非晶NdCu合金。相比晶态扩散源，非晶NdCu具有更高的自由能、更低的熔点（520–523 °C）及更优的界面润湿性，在加热过程中表现出更强的流动性和铺展能力，为后续高效扩散奠定了热力学与界面基础。

02 实验验证：扩散深度、磁性能与核壳结构的协同优化

电子探针（EPMA）分析表明，采用非晶混合源处理后，Tb的扩散深度从单一TbF₃源的30 μm大幅提升至110 μm，浓度亦显著增加。原子探针断层扫描（APT）进一步揭示，非晶源促进了连续、加厚的(Nd,Tb)₂Fe₁₄B核壳结构的形成，且Tb在晶粒内部的渗透更为均匀，避免了晶态源中常见的元素偏聚。在磁性能方面，经20小时扩散处理后，非晶混合源使磁体矫顽力从原始的15.14 kOe提升至27.19 kOe，净增12.05 kOe。尤为关键的是，Tb的利用效率（ΔHcj/wt% Tb）达到15.59 kOe/wt%，显著优于晶态混合源（13.77 kOe/wt%）和单一TbF₃源（7.62 kOe/wt%），表明非晶结构极大提升了重稀土的利用效率。同时，磁体在保持较高剩磁（13.40 kGs）的前提下，综合性能因子（BH）ₘₐₓ + H_cj达到71.16，展现出优异的综合磁特性。

03 多尺度计算模拟：解析非晶结构的原子迁移机制

为揭示非晶结构的内在优势，团队开展了系统的分子动力学（MD）模拟。结果表明，非晶NdCu与基体的初始接触角更低（13.05°），且在整个模拟过程中保持更优的润湿性；其势能显著高于晶态结构，体现出更高的反应活性。径向分布函数分析显示，Cu与Nd原子间形成更强的短程有序，有助于通过协同效应促进Tb的迁移。扩散系数计算进一步证实，非晶NdCu在所有温度下均表现出更高的扩散速率，尤其是在900 °C时，其扩散长度较晶态提升11.8%。值得关注的是，非晶NdCu在500 °C时的扩散长度已超过晶态合金在930 °C时的水平，充分体现了其“低温高效”的动力学特性。基于模拟结果，团队构建了原子尺度扩散模型，直观呈现了非晶源体系中Cu与Tb更早、更深的扩散行为，以及伴随的Nd、Fe反向扩散，揭示了非晶结构通过降低扩散能垒、增强原子迁移自由度，显著提升扩散效率的微观机理。

04 微磁学模拟与磁畴观测：从原子迁移到宏观性能

在实验与原子模拟基础上，团队进一步开展微磁学计算，构建了反映不同扩散源处理后的核壳结构模型。模拟结果显示，非晶源处理后的磁体具有最高的矫顽力（55.3 kOe），并在高温稳定性测试中表现最优——在150 °C时不可逆磁通损失仅为1.27%，200 °C时为6.33%，而原始磁体在150 °C时已开始快速退磁。这充分证明非晶源诱导形成的连续、高各向异性核壳层显著增强了磁体的高温稳定性。磁光克尔显微镜（MOKE）观测进一步验证了模拟结果：非晶源处理后的磁体在反向磁场中反磁化畴扩展最慢，畴结构更为均匀稳定。这表明，非晶源诱导形成的连续、高各向异性核壳层有效提高了反磁化畴的成核能垒，从而在宏观上实现矫顽力与高温稳定性的协同提升。

05 总结与展望

本研究通过“非晶合金设计—实验表征—多尺度模拟”的闭环研究范式，明确了非晶结构在晶界扩散中的核心优势：高自由能、优异润湿性、低扩散能垒。所开发的非晶NdCu/TbF₃复合源将Tb利用效率提升至15.59 kOe/wt%，矫顽力增幅达12.05 kOe，同时显著改善了磁体的高温稳定性，为降低重稀土用量、发展高性能永磁材料提供了全新路径。该工作不仅为非晶材料在磁性调控领域的应用奠定了理论与实验基础，也展示了计算模拟在揭示复杂扩散动力学、指导材料设计方面的关键作用。未来，研究团队将进一步探索非晶合金在多主元、多组元扩散体系中的适用性，并结合机器学习势函数等方法，推动从原子尺度到器件性能的跨尺度设计。

本文要点：

• 设计非晶NdCu/TbF₃复合扩散源，将Tb扩散深度从30 μm提升至110 μm，利用效率达15.59 kOe/wt%。

• 矫顽力提升12.05 kOe，高温稳定性显著增强（150 °C不可逆磁通损失仅1.27%）。

• 结合APT、MD模拟与微磁学计算，揭示非晶结构降低扩散能垒、促进连续核壳层形成的微观机制。

第一作者：钟淑伟 博士（赣南实验室/江西理工大学稀土学院）

通讯作者：杨斌教授（赣南实验室）、杨牧南教授（江西理工大学稀土学院）

文章链接：Journal of Alloys and Compounds, 2026, 1059, 187120

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2025.187120

致谢：本工作得到国家重点研发计划、赣南实验室自主项目、江西省教育厅科技项目等资助。