一種新型無(wú)稀土納米復(fù)合永磁材料及其制備方法技術(shù)

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

一種新型無(wú)稀土納米晶復(fù)合永磁材料及其制備方法，尤其是指一種元素取代效應(yīng)、機(jī)械合金化與熱壓技術(shù)的制備方法，并通過(guò)納米晶永磁相和納米晶軟磁相之間的交換耦合作用獲得高磁性能永磁材料的組成配方及其制備方法，屬于材料科學(xué)

技術(shù)介紹
隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，特別是在汽車、航空航天等領(lǐng)域，各種極端環(huán)境條件下，對(duì)于各種材料有著更嚴(yán)格的要求。永磁體作為最重要功能的材料，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)和科技領(lǐng)域應(yīng)用越來(lái)越廣。目前NdFeB磁體因其高的磁性能和良好的機(jī)械性能，備受人們的關(guān)注。但由于NdFeB磁體的居里溫度僅為318°C，工作溫度大都低于100°C，因此極大的限制其在高溫度的使用。MnBi合金是一種傳統(tǒng)的磁性材料，居里溫度可達(dá)360°C，而且具有正的矯頑力溫度系數(shù)特性，因此受到人們廣泛的研究和關(guān)注。Savitsky等人曾系統(tǒng)的報(bào)道了 MnBi 合金磁性能， 測(cè)量了 MnBi合金的熱磁曲線，并發(fā)現(xiàn)MnBi合金的矯頑力隨粒徑的減小而增大，預(yù)測(cè)其最大磁能積可達(dá) 18M0e。Morikawa 報(bào)道了 MnBi合金的矯頑力最高達(dá)可達(dá)25. 8k0e,并發(fā)現(xiàn)通過(guò)改進(jìn)工藝和摻雜新的元素，可制備出具有更高磁性能的MnBi永磁體，特別是適用于高溫條件下使用。雖然MnBi合金具有高的矯頑力，正的溫度系數(shù)，高的居里溫度，然而其磁能積遠(yuǎn)低于NdFeB的磁能積。α -Fe相為軟磁體，具有高的剩磁，低的矯頑力。目前的研究表明，當(dāng)軟磁相與永磁相的顆粒減小到一定程度，在納米晶條件下復(fù)合，將產(chǎn)生磁交耦作用，這將有效地提聞材料的磁能積。本專利技術(shù)采用機(jī)械合金化方法來(lái)降低材料的晶粒尺寸，提高矯頑力，同時(shí)使球磨后的軟磁相和永磁相在納米尺度上產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁交耦作用，增強(qiáng)磁體的磁性能。另外，涉及的摻雜元素主要是三價(jià)招金屬元素，這類的元素的專利和文獻(xiàn)報(bào)道較少。目前關(guān)于NdFeB、 SmCo永磁體與α -Fe軟磁體復(fù)合的研究較多,但關(guān)于MnAlBi與α -Fe復(fù)合永磁體的研究報(bào)道較少。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種軟磁相和硬磁相之間在納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的交換耦合作用，磁能積較高，磁體性能高的新型無(wú)稀土納米復(fù)合永磁材料，為了達(dá)到以上技術(shù)目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案所述永磁材料的合金配方組成式為Mn1.% (AlxBih) / α -Fe，其中摩爾分?jǐn)?shù)X滿足O. 2<χ彡O. 8 ;所述永磁材料以Mn1J(AlxBih)為永磁相，α -Fe為軟磁相，其中 Mn1.08 (AlxBi1J和α -Fe的重量百分比y為0〈y彡O. 5。通過(guò)以上技術(shù)方案，本專利技術(shù)磁能積較高，磁體性能高。本專利技術(shù)還提供上述永磁材料的制備方法，其制備方法包括以下幾個(gè)步驟(O采用熔煉法將已配好的原料放入在氬氣保護(hù)下的電弧熔爐中，熔煉得到 Mn1.08 (AlxBi1J 合金鑄錠;(2)快淬薄帶在Ar氣氛保護(hù)下，將步驟(I)制得的Mn1J(AlxBih)合金鑄錠通過(guò)旋轉(zhuǎn)的水冷金屬輪甩制成快冷薄帶；(3)將步驟(2)所制備的Mnhtl8(AlxBih)合金薄帶和納米晶ct-Fe混合后,經(jīng)球磨后得到復(fù)合納米晶兩相的混料；(4)利用熱壓方法將步驟(3)所制得的復(fù)合納米晶兩相的混料壓制成塊狀 Mn1.08 (AlxBih) / α "Fe 永磁體。通過(guò)以上技術(shù)方案，本專利技術(shù)采用機(jī)械合金化方法來(lái)降低材料的晶粒尺寸，提高矯頑力，同時(shí)使球磨后的軟磁相和永磁相在納米尺度上產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁交耦作用，增強(qiáng)磁體的磁性能。附圖說(shuō)明圖I為不同組分的雙相納米晶Mnl. 08(AlxBil-x)/a-Fe永磁體的磁滯回線。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)目的是除了目前已廣泛采用的離子替代來(lái)調(diào)節(jié)晶體結(jié)構(gòu)方法外，為使MnBi 材料的磁性能和正溫度系數(shù)進(jìn)一步提高，還提出利用機(jī)械合金化和熱壓技術(shù)，使軟磁相和硬磁相在納米尺寸上復(fù)合，產(chǎn)生交耦作用，來(lái)獲得在高溫下應(yīng)用的無(wú)稀土高性能MnBiAl/ a -Fe復(fù)合永磁材料的制備方法。 本專利技術(shù)同時(shí)提供了一種具有高磁性能的高溫納米復(fù)合永磁材料的制備方法，通過(guò)機(jī)械合金化球磨和熱壓成型的方法來(lái)控制納米晶軟磁相和硬磁相的晶粒尺寸，使軟磁相和硬磁相之間在納米尺度范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)烈的交換耦合作用，提聞磁能積，最終達(dá)到提聞磁體的性能的目的。本專利技術(shù)的主要技術(shù)創(chuàng)新特點(diǎn)是，除了機(jī)械合金化、熱壓成型和離子摻雜的方法之外，使具有無(wú)稀土組份的a -Fe軟磁相和MnBiAl硬磁相在納米尺度上產(chǎn)生交耦作用，利用他們之間的交換耦合作用可極大地提高磁性能，克服單相MnBi合金本身磁能積低的缺點(diǎn)。本專利技術(shù)合金配方的組成式為Mn1.Cl8(AlxBih)/ a -Fe雙相納米復(fù)合材料。Mn，Al和 Bi為硬磁相MnAlBi基質(zhì)中主要稀土組分，摩爾分?jǐn)?shù)x滿足O. 2 ^ x ^ O. 8 ;雙相納米復(fù)合材料Mnh08 (AlxBi1J : a-Fe重量比為I :0 0· 5。本專利技術(shù)以Mnhtl8 (AlxBi1J作為永磁相，a-Fe 作為軟磁相，采用高能球磨法和熱壓工藝獲得兩相復(fù)合組成，其中Mnhtl8(AlxBih)和a-Fe 的重量百分比為I: (Γ0. 5。本專利技術(shù)還提供上述合金配方的制備方法，包括以下幾個(gè)步驟(O采用熔煉法將已配好的原料放入在氬氣保護(hù)下的電弧熔爐中，熔煉得到 Mn1.08 (AlxBi1J 合金鑄錠;(2)快淬薄帶在Ar氣氛保護(hù)下，將步驟(I)制得的Mn1J(AlxBih)合金鑄錠通過(guò)旋轉(zhuǎn)的水冷金屬輪甩制成快冷薄帶；(3)將步驟(2)所制備的Mnhtl8(AlxBih)合金薄帶和納米晶ct-Fe混合后,經(jīng)球磨后得到復(fù)合納米晶兩相的混料；(4)利用熱壓方法將步驟(3)所制得的復(fù)合納米晶兩相的混料壓制成塊狀 Mn1.08 (AlxBih) / α "Fe 永磁體。所述步驟(I)具體為，以純度為99. 99%的錳、鉍和鋁金屬元素為原料，利用熔煉法按原子比Mn1.% (AlxBi1J配料，其中O. 2<χ彡O. 8 ;將配好的混料放入氬氣保護(hù)下的電弧熔爐中，經(jīng)3次以上反復(fù)熔煉后得到組織均勻的合金鑄錠。所述步驟(3)具體為，將退火后的快冷薄帶與納米晶α-Fe按重量百分比I: (Γ0. 5制成混料，并加入約為混料的重量比8 15%的保護(hù)劑，和重量比為I :0. 5 I球磨介質(zhì)，在高能球磨儀中球磨I 10小時(shí)，然后將所述球磨料于真空下100°C 250°C烘干O.5 5小時(shí)，得到Mnu8(AlxBih)與α -Fe復(fù)合納米晶混料。所述步驟⑷具體為，將球磨所得的Mnu8(AlxBih)與α -Fe的復(fù)合納米晶兩相的混料放入模具中，在溫度為100 400°C，壓力為40MPa IOOMPa下壓制得到塊狀納米復(fù)合 Mn1.08 (AlxBih) / α "Fe 永磁體。所述的保護(hù)劑為油酸。所述的球磨介質(zhì)為無(wú)水乙醇、汽油或正庚烷的一種或兩種。本專利技術(shù)與現(xiàn)有制備的永磁材料相比有如下優(yōu)點(diǎn)I)摻雜較小原子半徑的Al元素，來(lái)調(diào)節(jié)金屬M(fèi)nBi合金的晶胞參數(shù)，提高永磁體的居里點(diǎn)溫度和正溫度系數(shù)。2)采用高能機(jī)械合金化法和熱壓方法，促使Mnl tl8 (AlxBi1J硬磁相和α -Fe軟磁相在納米尺度上產(chǎn)生交換耦合作用，提高永磁體的磁能積。3)無(wú)稀土摻雜的納米復(fù)合Mn1.% (AlxBih) / α -Fe永磁體具有價(jià)格低和高溫下磁性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉婷婷，張朋越，楊杭福，葛洪良，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)計(jì)量學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：