CN112466651B - 一种无稀土高性能复合磁体的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无稀土高性能复合磁体的制备方法，属于磁性材料技术领域。该制备方法包括：按照MnBi合金和AlNiCo合金成分称量配料和熔炼，然后通过熔体快淬法和低温液氮保护下的高能球磨获得各自的纳米磁粉；通过保温熔炼和行星式球磨工艺获得低熔点Ga‑Bi‑Al‑Cu基合金；将MnBi基、AlNiCo基磁粉和低熔点Ga‑Bi‑Al‑Cu基合金粉体按比例混合均匀后，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，随后进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，获得具有高磁性能的无稀土MnBi/AlNiCo复合磁体。本发明工艺过程简单，易操作，有利于无稀土高性能复合磁体在更多永磁器件中的应用，以满足市场需求。

Description

一种无稀土高性能复合磁体的制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种无稀土高性能复合磁体的制备方法。

背景技术

近年来，稀土永磁材料的巨大需求导致稀土资源的过度消耗，新型低稀土或非稀土永磁材料成为研究热点。MnBi无稀土永磁材料，具有价格低、耐腐蚀性好、机械强度高等优点，特别是这类合金在某温度范围内矫顽力呈正温度系数，备受磁学研究者的关注。

Alnico合金存在混溶间隙区，且可以在混溶间隙区发生调幅分解形成铁磁相和弱铁磁相（顺磁相）。Alnico合金的磁性能很大程度上来源于铁磁性相的形状各向异性。为此，通过改变加工工艺和调整合金成分来改善微结构，以便获得最佳的综合性能。此外，传统制备方法所需工艺复杂，成本较高。因此，研究新的制备工艺，尽量减少稀土材料的使用同时提高铝镍钴合金和锰铋合金的性能，具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明目的在于提供一种无稀土高性能复合磁体的制备方法。

本发明的无稀土高性能复合磁体的制备方法，包括如下步骤：

（1）MnBi基和AlNiCo基磁粉制备：按照MnBi合金和AlNiCo合金成分分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和AlNiCo基合金铸锭，其中，所述的MnBi基合金为按原子百分比的Mn_aBi_bTM_100-a-b，式中30≤a≤60，30≤b≤60，其余TM，TM为Ga，Ti，Zr，Co中的一种或几种；所述的AlNiCo基合金为按原子百分比的Al_xNi_yCo_zFe_uCu_vTi_wZr_e合金，式中： 5≤x≤15， 10≤y≤20，20≤z≤35，35≤u≤60，1≤v≤5，0.1≤w≤2，0.1≤e≤2，以上x+y+z+u+v+w+e=100；然后通过熔体快淬法分别制得MnBi基和AlNiCo基合金薄带，辊速为10~45 m/s；采用低温液氮保护下的高能球磨将两种薄带破碎至10~500 nm的MnBi基磁粉和AlNiCo基磁粉，高能球磨的时间为1~10 h；

（2）低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金制备：将低熔点GaBiAlCu合金成分以原子百分含量称重配料，然后将已配好的原料密封于氮气保护下的石英管内，并置于500~900 ℃的电阻炉中进行1~5小时的保温熔炼，获得成分均匀的母合金锭子，然后采用行星式球磨工艺将合金破碎至10~100 μm制得合金粉体；

（3）将步骤（1）获得的MnBi基和AlNiCo基磁粉和步骤（2）获得的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体按比例混合均匀后，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，所述低温辅助磁场取向成型技术的温度为100~200℃，压力为20~100 MPa，磁场强度为1~2 T；

（4）将步骤（3）获得的压坯进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为5~20 ℃/s，烧结温度为400~900 ℃，烧结时间为50~250 s，磁场强度为6~15 T，强磁场开启时间仅为烧结保温的时间范围内。

进一步的，步骤（2）中所述的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金为按原子百分比的Ga_dBi_fAl_gCu_100-d-f-g合金，式中：5≤d≤10，5≤f≤10，10≤g≤20；所述的保温熔炼的具体工艺参数为：每隔10~20分钟摇晃石英管，以确保母合金成分均匀。

进一步的，步骤（3）中所述的AlNiCo基磁粉占总重量比例为30~70 wt.%，低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体占总重量比例为1~10 wt.%。

与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：本发明将无稀土的MnBi基和AlNiCo基纳米合金粉末作为复合体系，并配以加入低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金，在提升复合磁体的磁性能的同时可以在一定程度降低原料成本；同时，本发明通过低温液氮保护下的高能球磨制备纳米永磁粉末，并配合低熔点合金及低温辅助磁场取向成型技术，实现纳米晶晶粒的有效取向生长，获得MnBi和AlNiCo两个硬磁相的有效耦合。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明做进一步的详细说明，但本发明并不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

（1）MnBi基和AlNiCo基磁粉制备：按照Mn₄₅Bi₄₅Co₁₀合金和Al₁₀Ni₁₅Co₂₀Fe₅₀Cu₃Ti₁Zr₁合金成分分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和AlNiCo基合金铸锭，然后通过熔体快淬法分别制得MnBi基和AlNiCo基合金薄带，辊速为10 m/s；采用低温液氮保护下的高能球磨10 h将两种薄带破碎至~20 nm的MnBi基磁粉和~60 nm的AlNiCo基磁粉；

（2）低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金制备：将低熔点Ga₅Bi₁₀Al₂₀Cu₆₅合金成分以原子百分含量称重配料，然后将已配好的原料密封于氮气保护下的石英管内，并置于600 ℃的电阻炉中进行2小时的保温熔炼，每隔10分钟摇晃石英管，以确保母合金成分均匀，获得成分均匀的母合金锭子，然后采用行星式球磨工艺将合金破碎至10 μm制得合金粉体；

（3）将步骤（1）获得的MnBi基和AlNiCo基磁粉和步骤（2）获得的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体按比例混合均匀后，其中AlNiCo基磁粉占总重量比例为30 wt.%，低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体占总重量比例为1 wt.%，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，所述低温辅助磁场取向成型技术的温度为100 ℃，压力为20 MPa，磁场强度为1 T；

（4）将步骤（3）获得的压坯进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为5 ℃/s，烧结温度为400℃，烧结时间为200 s，磁场强度为15 T，强磁场开启时间仅为烧结保温的时间范围内，最终获得无稀土高性能复合磁体。

采用本发明制备的无稀土复合磁体经磁性能测试，矫顽力为18.9 kOe，磁能积为12.2 MGOe。

实施例2

（1）MnBi基和AlNiCo基磁粉制备：按照Mn₄₀Bi₅₀Ga₅Zr₅合金和Al₅Ni₂₀Co₂₅Fe₄₅Cu₂Ti_1.5Zr_1.5合金成分分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和AlNiCo基合金铸锭，然后通过熔体快淬法分别制得MnBi基和AlNiCo基合金薄带，辊速为30m/s；采用低温液氮保护下的高能球磨5 h将两种薄带破碎至~50 nm的MnBi基磁粉和~80 nm的AlNiCo基磁粉；

（2）低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金制备：将低熔点Ga₇Bi₇Al₁₅Cu₇₁合金成分以原子百分含量称重配料，然后将已配好的原料密封于氮气保护下的石英管内，并置于700 ℃的电阻炉中进行3小时的保温熔炼，每隔15分钟摇晃石英管，以确保母合金成分均匀，获得成分均匀的母合金锭子，然后采用行星式球磨工艺将合金破碎至50 μm制得合金粉体；

（3）将步骤（1）获得的MnBi基和AlNiCo基磁粉和步骤（2）获得的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体按比例混合均匀后，其中AlNiCo基磁粉占总重量比例为50 wt.%，低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体占总重量比例为5 wt.%，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，所述低温辅助磁场取向成型技术的温度为150 ℃，压力为50 MPa，磁场强度为1.5 T；

（4）将步骤（3）获得的压坯进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为15 ℃/s，烧结温度为700℃，烧结时间为150 s，磁场强度为10 T，强磁场开启时间仅为烧结保温的时间范围内，最终获得无稀土高性能复合磁体。

采用本发明制备的无稀土复合磁体经磁性能测试，矫顽力为15.2 kOe，磁能积为11.7 MGOe。

实施例3

（1）MnBi基和AlNiCo基磁粉制备：按照Mn₅₀Bi₄₀Ti₃Co₇合金和Al₁₅Ni₁₀Co₂₅Fe₄₅Cu₄Ti_0.5Zr_0.5合金成分分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和AlNiCo基合金铸锭，然后通过熔体快淬法分别制得MnBi基和AlNiCo基合金薄带，辊速为45m/s；采用低温液氮保护下的高能球磨1 h将两种薄带破碎至~80 nm的MnBi基磁粉和~90 nm的AlNiCo基磁粉；

（2）低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金制备：将低熔点Ga₁₀Bi₅Al₁₀Cu₇₅合金成分以原子百分含量称重配料，然后将已配好的原料密封于氮气保护下的石英管内，并置于800 ℃的电阻炉中进行5小时的保温熔炼，每隔20分钟摇晃石英管，以确保母合金成分均匀，获得成分均匀的母合金锭子，然后采用行星式球磨工艺将合金破碎至100 μm制得合金粉体；

（3）将步骤（1）获得的MnBi基和AlNiCo基磁粉和步骤（2）获得的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体按比例混合均匀后，其中AlNiCo基磁粉占总重量比例为70 wt.%，低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体占总重量比例为10 wt.%，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，所述低温辅助磁场取向成型技术的温度为200 ℃，压力为100 MPa，磁场强度为2 T；

（4）将步骤（3）获得的压坯进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为20 ℃/s，烧结温度为900℃，烧结时间为100 s，磁场强度为5 T，强磁场开启时间仅为烧结保温的时间范围内，最终获得无稀土高性能复合磁体。

采用本发明制备的无稀土复合磁体经磁性能测试，矫顽力为13.9 kOe，磁能积为10.5 MGOe。

Claims (3)

1.一种无稀土高性能复合磁体的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）MnBi基和AlNiCo基磁粉制备：按照MnBi合金和AlNiCo合金成分分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和AlNiCo基合金铸锭，其中，所述的MnBi基合金为按原子百分比的Mn_aBi_bTM_100-a-b，式中30≤a≤60，30≤b≤60，其余TM，TM为Ga，Ti，Zr，Co中的一种或几种；所述的AlNiCo基合金为按原子百分比的Al_xNi_yCo_zFe_uCu_vTi_wZr_e合金，式中： 5≤x≤15，10≤y≤20，20≤z≤35，35≤u≤60，1≤v≤5，0.1≤w≤2，0.1≤e≤2，以上x+y+z+u+v+w+e=100；然后通过熔体快淬法分别制得MnBi基和AlNiCo基合金薄带，辊速为10~45 m/s；采用低温液氮保护下的高能球磨将两种薄带破碎至10~500 nm的MnBi基磁粉和AlNiCo基磁粉，高能球磨的时间为1~10 h；

（2）低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金制备：将低熔点GaBiAlCu合金成分以原子百分含量称重配料，然后将已配好的原料密封于氮气保护下的石英管内，并置于500~900 ℃的电阻炉中进行1~5小时的保温熔炼，获得成分均匀的母合金锭子，然后采用行星式球磨工艺将合金破碎至10~100 μm制得合金粉体；

（3）将步骤（1）获得的MnBi基和AlNiCo基磁粉和步骤（2）获得的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体按比例混合均匀后，进行低温辅助磁场取向成型技术制得压坯，所述低温辅助磁场取向成型技术的温度为100~200℃，压力为20~100 MPa，磁场强度为1~2 T；

（4）将步骤（3）获得的压坯进行强磁场辅助激光加热技术对压坯进行烧结处理，所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为5~20 ℃/s，烧结温度为400~900 ℃，烧结时间为50~250 s，磁场强度为6~15 T，强磁场开启时间仅为烧结保温的时间范围内。

2.根据权利要求1 所述的一种无稀土高性能复合磁体的制备方法，其特征在于：步骤（2）中所述的低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金为按原子百分比的Ga_dBi_fAl_gCu_100-d-f-g合金，式中：5≤d≤10，5≤f≤10，10≤g≤20；所述的保温熔炼的具体工艺参数为：每隔10~20分钟摇晃石英管，以确保母合金成分均匀。

3.根据权利要求1 所述的一种无稀土高性能复合磁体的制备方法，其特征在于：步骤（3）中所述的AlNiCo基磁粉占总重量比例为30~70 wt.%，低熔点Ga-Bi-Al-Cu基合金粉体占总重量比例为1~10 wt.%。