CN112466652A - 一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法,属于磁性材料技术领域。该制备方法包括:按照MnBi合金和FeCrCo合金成分称量配料和熔炼,然后将MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭;通过喷铸法将混合合金铸锭喷铸进入不同直径的铜模中制成棒状,随后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,制备出高矫顽力的无稀土MnBi/FeCrCo复合磁体。本发明工艺过程简单,易操作,有利于高矫顽力锰铋磁体在更多永磁器件中的应用,以满足市场需求。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域,尤其涉及一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法。
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。
FeCrCo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)。FeCrCo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铁铬钴合金和锰铋合金的性能,具有重要意义。本发明采用MnBi合金和FeCrCo合金的复合,相当于在MnBi合金中有规律地多元复合添加FeCrCo合金组成元素,促使MnBi合金的矫顽力得到有效提升。
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高矫顽力锰铋磁体的制备方法。
本发明的高矫顽力锰铋磁体的制备方法,包括如下步骤:
(1)一次熔炼:按照MnBi合金和FeCrCo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FeCrCo基合金铸锭;
(2)二次熔炼:将步骤(1)获得的MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭,其中所述的FeCrCo合金铸锭占总重量比例为1~20 wt.%;
(3)喷铸及热处理:通过喷铸法将步骤(2)获得的合金铸锭喷铸进入不同直径的铜模中制成棒状,然后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,制备出高矫顽力锰铋磁体。
进一步的,步骤(1)中所述的MnBi合金为按原子百分比的MnaBi100-a,式中20≤a≤70;所述的FeCrCo合金成分按原子百分比为:Cr:0.5~4.5,Co:0.2~3.5,Si:0.01~0.5,Mo:0.01~0.5,Zr:0.01~0.5,Ti:0.01~0.5,余量为Fe。
进一步的,步骤(3)中所述的喷铸的压力差为0.01~1 MPa,铜模直径的尺寸为1~9mm;所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为1~10 ℃/s,烧结温度为450~850 ℃,烧结时间为100~1000 s,磁场强度为10~20 T。
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合金和FeCrCo合金作为复合体系,通过在MnBi合金中添加不同量的FeCrCo合金,相当于在MnBi基合金中有规律地多元复合添加FeCrCo合金元素,形成多元多硬磁相的强化机制,在提升复合磁体的矫顽力的同时可以在一定程度降低原料成本;同时,本发明通过“多次熔炼+喷铸+强磁场辅助激光加热”等技术的有效结合,实现纳米晶晶粒的有效取向生长,获得MnBi和FeCrCo两个硬磁相的有效耦合,最终实现矫顽力的提升。
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)一次熔炼:按照原子百分比为Mn70Bi30和Fe94.96Cr1.5Co3.5Si0.01Mo0.01Zr0.01Ti0.01合金分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和FeCrCo基合金铸锭;
(2)二次熔炼:将步骤(1)获得的MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭,其中所述的FeCrCo合金铸锭占MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭总重量比例为1wt.%;
(3)喷铸及热处理:通过喷铸法将步骤(2)获得的合金铸锭喷铸进入直径为1 mm的铜模中制成棒状,喷铸的压力差为0.01 MPa,然后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,磁场辅助激光加热技术的升温速率为1 ℃/s,烧结温度为450 ℃,烧结时间为1000 s,磁场强度为10 T,制备出高矫顽力锰铋磁体。
比较例1
制备步骤同实施例1,区别在于不添加熔炼步骤(1)中的FeCrCo合金且不需要步骤(2)中的二次混合熔炼,而是将步骤(1)制得的Mn70Bi30合金铸锭直接进行喷铸及热处理,最终获得锰铋磁体。
实施例2
(1)一次熔炼:按照原子百分比为Mn60Bi40和Fe93.8Cr2.5Co2.5Si0.3Mo0.3Zr0.3Ti0.3合金分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和FeCrCo基合金铸锭;
(2)二次熔炼:将步骤(1)获得的MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭,其中所述的FeCrCo合金铸锭占MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭总重量比例为10wt.%;
(3)喷铸及热处理:通过喷铸法将步骤(2)获得的合金铸锭喷铸进入直径为5 mm的铜模中制成棒状,喷铸的压力差为0.5 MPa,然后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,磁场辅助激光加热技术的升温速率为5 ℃/s,烧结温度为650 ℃,烧结时间为600s,磁场强度为15 T,制备出高矫顽力锰铋磁体。
比较例2
制备步骤同实施例2,区别在于不添加熔炼步骤(1)中的FeCrCo合金且不需要步骤(2)中的二次混合熔炼,而是将步骤(1)制得的Mn60Bi40合金铸锭直接进行喷铸及热处理,最终获得锰铋磁体。
实施例3
(1)一次熔炼:按照原子百分比为Mn30Bi70和Fe92.5Cr4.5Co1Si0.5Mo0.5Zr0.5Ti0.5合金分别称量各原料并通过真空感应熔炼制备MnBi基和FeCrCo基合金铸锭;
(2)二次熔炼:将步骤(1)获得的MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭,其中所述的FeCrCo合金铸锭占MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭总重量比例为20wt.%;
(3)喷铸及热处理:通过喷铸法将步骤(2)获得的合金铸锭喷铸进入直径为9 mm的铜模中制成棒状,喷铸的压力差为0.9 MPa,然后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,磁场辅助激光加热技术的升温速率为10 ℃/s,烧结温度为850 ℃,烧结时间为200s,磁场强度为20 T,制备出高矫顽力锰铋磁体。
比较例3
制备步骤同实施例3,区别在于不添加熔炼步骤(1)中的FeCrCo合金且不需要步骤(2)中的二次混合熔炼,而是将步骤(1)制得的Mn30Bi70合金铸锭直接进行喷铸及热处理,最终获得锰铋磁体。
将上述实施例和比较例制备的样品,经磁性能测试,对比结果如表1所示。
总结:本发明将无稀土的MnBi合金和FeCrCo合金作为复合体系,通过在MnBi合金中添加不同量的FeCrCo合金,相当于在MnBi基合金中有规律地多元复合添加FeCrCo合金元素,形成多元多硬磁相的强化机制,在提升复合磁体的矫顽力的同时可以在一定程度降低原料成本;同时,相对于不添加FeCrCo合金,MnBi/FeCrCo复合磁体具有更强的双硬磁相交换耦合作用,提升了磁体的矫顽力。
表1
Claims (3)
1.一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)一次熔炼:按照MnBi合金和FeCrCo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FeCrCo基合金铸锭;
(2)二次熔炼:将步骤(1)获得的MnBi合金铸锭和FeCrCo合金铸锭按比例混合,进行二次熔炼,获得混合合金铸锭,其中所述的FeCrCo合金铸锭占总重量比例为1~20 wt.%;
(3)喷铸及热处理:通过喷铸法将步骤(2)获得的合金铸锭喷铸进入不同直径的铜模中制成棒状,然后通过强磁场辅助激光加热技术对棒状合金进行热处理,制备出高矫顽力锰铋磁体。
2.根据权利要求1 所述的一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法,其特征在于:步骤(1)中所述的MnBi合金为按原子百分比的MnaBi100-a,式中20≤a≤70;所述的FeCrCo合金成分按原子百分比为:Cr:0.5~4.5,Co:0.2~3.5,Si:0.01~0.5,Mo:0.01~0.5,Zr:0.01~0.5,Ti:0.01~0.5,余量为Fe。
3.根据权利要求1 所述的一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法,其特征在于:步骤(3)中所述的喷铸的压力差为0.01~1 MPa,铜模直径的尺寸为1~9 mm;所述强磁场辅助激光加热技术的升温速率为1~10 ℃/s,烧结温度为450~850 ℃,烧结时间为100~1000 s,磁场强度为10~20 T。
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