CN112466652A - 一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法 - Google Patents

一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法 Download PDF

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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

一种高矫顽力锰铋磁体的制备方法
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
Figure 890179DEST_PATH_IMAGE001

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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