【摘要】 通过三维激光共聚焦显微镜实时观测NdFeB磁体大气氧化过程，揭示富钕晶界三重结处Nd₂O₃的两阶段生长机制，扩散系数4×10⁻¹³cm²/s证实缺陷增强效应。

钕铁硼（NdFeB）永磁体作为风力发电机、电动汽车电机及电子设备的核心材料，其回收再利用对资源可持续性至关重要。氢气处理技术可高效回收废旧磁体，但大气环境下的氧化行为可能影响氢爆裂反应活性。当前研究通过三维激光共聚焦显微镜与拉曼光谱技术，首次系统分析了烧结NdFeB磁体在常温大气中的氧化动力学。

 

实验方法与现象

样品经手套箱抛光后暴露于空气，采用共聚焦显微镜实时成像技术​（间隔20秒持续6小时）观测表面变化。关键发现如下：

1.​氧化起始位点：氧化产物仅在富钕晶界三重结处成核（图1），SEM/EDX证实该区域钕元素富集。

图1 富钕三重结的三维共焦图像在放大率暴露于空气中共1小时后，以100倍室温成像。

 

2.​两阶段氧化过程：

    • ​阶段一：暴露初期（秒级）形成直径1μm、高度0.2μm的Nd₂O₃片状产物
    • ​阶段二：产物沿初始片状结构边缘非均匀生长，6小时后平均高度增加0.7μm，但基体相（Nd₂Fe₁₄B）形貌无显著变化。

 

氧化产物成分与动力学

拉曼光谱证实氧化产物为Nd₂O₃，仅存在于三重结区域。氧元素分布分析显示（图2）：

图2 在烧结 NdFeB 磁体的边缘，通过富钕和基体相的氧含量的 EDS 和 WDS 痕迹。

 

氧化生长动力学符合扩散控制模型（图3）：

图3 当暴露于空气中6小时时，6个富钕三点的平均高度相对于时间的平方根。

扩散系数计算：根据公式  得出 ，较高温氧化数据高数倍，表明室温氧化存在缺陷增强效应。

 

工程应用价值

本研究为钕铁硼磁体大气储存的氧化防护及回收工艺优化提供理论依据，揭示晶界工程对提升材料环境稳定性的重要性。

 

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