CN113151719B - 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法 - Google Patents

一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113151719B
CN113151719B CN202011517734.9A CN202011517734A CN113151719B CN 113151719 B CN113151719 B CN 113151719B CN 202011517734 A CN202011517734 A CN 202011517734A CN 113151719 B CN113151719 B CN 113151719B
Authority
CN
China
Prior art keywords
alloy
hot
heat treatment
mnalin
vacuum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011517734.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113151719A (zh
Inventor
苏昆朋
张耀华
霍德璇
王海欧
黄帅
杨得鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202011517734.9A priority Critical patent/CN113151719B/zh
Publication of CN113151719A publication Critical patent/CN113151719A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113151719B publication Critical patent/CN113151719B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C22/00—Alloys based on manganese
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/06—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars
    • B22D11/0611—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires
    • B22D11/062—Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths into moulds with travelling walls, e.g. with rolls, plates, belts, caterpillars formed by a single casting wheel, e.g. for casting amorphous metal strips or wires the metal being cast on the inside surface of the casting wheel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B22D7/005—Casting ingots, e.g. from ferrous metals from non-ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F3/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the manner of compacting or sintering; Apparatus specially adapted therefor ; Presses and furnaces
    • B22F3/12—Both compacting and sintering
    • B22F3/14—Both compacting and sintering simultaneously
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
    • C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/16—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of other metals or alloys based thereon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/04—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling
    • B22F2009/041—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes starting from solid material, e.g. by crushing, grinding or milling by mechanical alloying, e.g. blending, milling

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Hard Magnetic Materials (AREA)

Abstract

本发明公开一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法。其成分为Mn50+xAl50‑x‑yInyCz，其中x＝0～4，y＝1～3，z＝0～3。本发明选择Mn、Al、In和C作为永磁合金的原料，他们不仅具有优异的机械加工性能和良好的耐腐蚀性能，并且成本低廉，制备工艺简单，不需要用复杂的磁场处理；本发明采用高真空快淬工艺使晶粒显著细化，同时经过后续的热处理过程在晶界附近处析出的低熔点In单质可以钉扎畴壁，阻止畴壁的移动，从而有效的提高了合金的矫顽力；本发明综合了热处理、高真空快淬、热压和热变形等多种工艺，在保持较高的饱和磁化强度的条件下，实现了MnAl基永磁合金矫顽力的有效提高。

Description

一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于永磁合金制备技术领域，涉及一种无稀土MnAl基永磁合金及其制备方法。
背景技术
磁性是物质的基本属性之一，处于不均匀磁场中的任何物质都会受到磁力的作用。物质在磁场中都会受到一定程度上的磁化，根据磁化的难易程度以及磁化过程的可逆程度可将磁性材料分为硬磁材料和软磁材料。硬磁材料又称为永磁材料，是指材料经过磁化后在退去外磁场时还能长时间保留有较强的磁性，其特点是具有高的剩余磁化强度Mr、矫顽力Hc和最大磁能积(BH)max。软磁材料是指材料被磁化后在退去外磁场时其磁性不能长时间保持。其特点是剩余磁化强度和矫顽力都比较低，容易磁化也容易退磁。
永磁材料在我们日常生活中应用非常广泛。比如，在电子信息产业中，永磁材料被广泛应用于磁性存储器，永磁电机等。在医疗领域中，永磁材料被广泛应用于磁共振设备中。在过去20多年里，稀土永磁材料的年产量增长均超过了10％。我国虽然是稀土产量大国，但是稀土资源主要应用国防建设等尖端领域中，它属于战略资源。这使得稀土价格大幅度提升，也限制了稀土永磁材料的未来发展。以铁氧体为代表的无稀土永磁材料虽然具有资源丰富，廉价易得，耐腐蚀性较强等优点而具有广泛的市场。但是永磁铁氧体的综合磁性能较差，远低于以铷铁硼为代表的稀土永磁材料，这无法满足社会的发展和科技的进步对高性能永磁材料的要求。所以世界各国研究者都在致力于寻求无稀土的高性能永磁材料。
无稀土MnAl基永磁合金(又称为τ相MnAl合金)在1958年被Kono和Koch等人首次报道，因其具有较高的磁晶各向异性(107erg/cm3)，较高的矫顽力(大于40kOe)，较低的密度(5.2g/cm3)，优异的耐腐蚀性和良好的机械加工性。尤其是它的成本低廉(不含稀土元素和贵金属)，制备工艺简单。近年来得到国内外研究人员大量研究。
根据二元MnAl合金相图可知MnAl合金中的物相很多，在室温下物相包括τ相(P4/mmm)、ε相(P63/mmc)、β相(P4132)与γ2相(R3m)等。其中四方的L10型结构的τ相是MnAl合金中唯一的磁性相，从MnAl相图上可知其形成区间范围是Mn含量约为50～59at.％。MnAl永磁合金中的τ相是亚稳相，一般可通过从高温ε相中控制冷却速率得到或者淬火高温ε相随后在400～700℃温度下回火一段时间获得。
目前，主要是在MnAl合金中添加过量的Mn或/和掺杂少量其它元素(如C、Ga、Ti、Cu、B、Zn、Cr、Ni等)来增加磁性相的稳定性。该方法主要用于电弧熔炼制备的铸锭和熔体快淬制备的带材样品中，近几年，采用该方法成功获得了具有高纯磁性相且饱和磁化强度接近理论值的MnAl合金。如，T.Mix等人制备了Ga元素掺杂的Mn55Al45-xGax合金，在高达700℃温度下磁性相仍未分解。北京大学J.Z.Wei等人采用熔体快淬获得了饱和磁化强度高达Ms＝126emu/g的Mn54Al46单相合金。他们课题组Z.Y.Shao等人又利用薄带连铸技术制备了饱和磁化强度高达114.0emu/g的Mn56Al44单相铸片。同济大学Z.Xiang等人在B元素掺杂的熔体快淬带材中获得了高达127emu/g的饱和磁化强度。但目前采用此方法得到的磁体的矫顽力比较低，高饱和磁化强度和高矫顽力却难以同时获得，且在热压、热变形后磁性相往往发生分解，矫顽力进一步降低。
发明内容
本发明的第一个目的是为了克服上述现有技术存在的缺点，提供一种无稀土MnAlIn永磁合金，其综合磁性能较好(高矫顽力，高饱和磁化强度，高剩余磁化强度)。
本发明无稀土MnAlIn永磁合金的成分组成为Mn50+xAl50-x-yIny，其中x＝0～4，y＝1～3。
本发明的第二个目的是提供一种无稀土MnAlInC永磁合金，其成分组成为Mn50+ xAl50-x-yInyCz，其中x＝0～4，y＝1～3，z＝0～3且不为0。
本发明的第三个目的是提供一种无稀土MnAlIn永磁合金块体的制备方法，具体是包括以下步骤：
步骤(1)、配比母合金样品：将纯度不低于99.9％的Mn、Al、In、C按原子百分比配制成理论成分组成为Mn50+xAl50-x-yInyCz的母合金原料，其中x＝0～4，y＝1～3，z＝0～3。
作为优选，由于Mn在高温熔炼的过程中非常容易挥发，所以需要在配料时多加入质量百分比为3～8％的Mn来弥补它在熔炼过程中的损失。
步骤(2)、母合金样品熔炼：采用非自耗真空电弧炉，将配比好的母合金原料放入水冷铜坩埚中，在高纯氩气氛围下将合金反复熔炼3～4遍以获得成分均匀的MnAlInC合金铸锭；
步骤(3)、合金铸锭热处理：热处理采用以下两种不同的热处理工艺：
工艺一：将步骤(2)得到的合金铸锭破碎，采用不同的热处理温度进行真空热处理，热处理温度为1000～1200℃，热处理时间为10～24h，然后缓慢降温到800～900℃并保温0.5～1h，最后从炉膛内取出后并进行淬火处理得到τ相MnAlInC合金铸锭。
工艺二：将步骤(2)得到的合金铸锭破碎，采用不同的热处理温度进行真空热处理，热处理温度为1000～1200℃，热处理时间为16～24h，从炉膛内取出后并进行淬火处理，然后进行500～600℃退火0.5～3h得到τ相MnAlInC合金铸锭。
本发明的第四个目的是提供一种无稀土MnAlIn基永磁合金条带的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)、配比母合金样品：将纯度不低于99.9％的Mn、Al、In、C按原子百分比配制成理论成分组成为Mn50+xAl50-x-yInyCz的母合金原料，其中x＝0～4，y＝1～3，z＝0～3。
作为优选，由于Mn在高温熔炼的过程中非常容易挥发，所以需要在配料时多加入质量百分比为3～8％的Mn来弥补它在熔炼过程中的损失。
步骤(2)、母合金样品熔炼：采用非自耗真空电弧炉，将配比好的母合金原料放入水冷铜坩埚中，在高纯氩气氛围下将合金反复熔炼3～4遍以获得成分均匀的MnAlInC合金铸锭；
步骤(3)、将合金铸锭表面的氧化层打磨掉并放入底部开有小孔的石英管中，采用真空甩带炉(高真空快淬系统)，在高纯氩气氛围下通过调整感应线圈电流的大小来使石英管中的合金完全熔化成液态，最后让其喷出落在高速旋转(线速度为5～30m/s)的水冷铜辊上，从而获得MnAlIn合金条带。
步骤(4)、将上述MnAlIn合金条带剪碎，采用一定热处理温度进行真空热处理，随后从炉膛内取出后并进行淬火处理得到τ相MnAlIn合金条带。
作为优选，热处理温度为450～600℃，热处理时间为10～50min。
本发明的第五个目的是提供一种各向异性MnAlIn热压和热变形磁体的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤(1)、合金粉末热压：将上述τ相MnAlIn合金条带研磨成粉末并过筛，采用真空热压烧结炉将过筛后的合金粉末压制成块体；然后撤掉压力，随炉降温，最后得到MnAlInC热压磁体。
作为优选，热压温度为550～700℃，压力为6～10吨，压力保持时间为20～60min。
步骤(2)、电火花线切割：将热压磁体，然后采用电火花线切割技术将其切割成形状规则的块体(比如圆柱体，立方体等)。
步骤(3)、真空热变形：将上述切割好的合金块体采用真空热压烧结炉使其变形，最终得到热变形磁体。
作为优选，热变形温度为550～700℃，最大压力为10～15吨，变形量为50％～75％(原始高度的25％～50％)。
性能检测主要包括：MnAlInC永磁合金的物相检测、MnAlInC永磁合金的微观结构检测和磁性能检测。
与现有的技术相比，本发明具有以下优点以及有益效果：
(1)本发明选择Mn、Al、In和C作为永磁合金的原料，他们不仅具有优异的机械加工性能和良好的耐腐蚀性能，并且成本低廉，制备工艺简单，不需要用复杂的磁场处理；
(2)本发明采用高真空快淬工艺使晶粒显著细化，同时经过后续的热处理过程在晶界附近处析出的低熔点In单质可以钉扎畴壁，阻止畴壁的移动，从而有效的提高了合金的矫顽力；
(3)本发明综合了热处理、高真空快淬、热压和热变形等多种工艺，在保持较高的饱和磁化强度的条件下，实现了MnAl基永磁合金矫顽力的有效提高；
(4)本发明在测量MnAlInC永磁合金磁性能时，采用磁场方向平行于压力方向和垂直于压力方向两个测量方向，得到各向异性的MnAlInC热压磁体和热变形磁体；
(5)本发明所使用的原料均为环境友好型物质，在生产过程中对人体基本无害，对环境污染很小；
(6)本发明制备工艺简单，生产成本较低，比较适合批量生产。
附图说明
图1是不同热处理条件Mn53Al46In1和Mn53Al45In2合金块体样品的XRD图谱；(a)未退火,(b)1100℃保温12小时后降温至900℃保温0.5小时后淬火,(c)1100℃保温20小时后淬火，然后在500℃保温2小时后淬火；
图2是不同热处理条件Mn53Al46In1和Mn53Al45In2合金块体样品的磁滞回线；(a)未退火,(b)1100℃保温12小时后降温至900℃保温0.5小时后淬火,(c)1100℃保温20小时后淬火，然后在500℃保温2小时后淬火；
图3是不同快淬速度(15、20、25m/s)Mn53Al44In3合金未热处理条带样品的XRD图谱；
图4是不同快淬速度(15,20,25m/s)Mn53Al44In3合金经过450℃热处理30min后条带样品的XRD图谱；
图5是不同快淬速度(15,20,25m/s)Mn53Al44In3合金经过450℃热处理30分钟后条带样品的SEM图：快淬速度为25m/s样品放大5k倍(a)、10k倍(b)；快淬速度为20m/s样品放大5k倍(c)、10k倍(d)；快淬速度为15m/s样品放大5k倍(e)、10k倍(f)；
图6是不同快淬速度(15,20,25m/s)Mn53Al44In3合金未热处理条带样品的磁滞回线，插图为磁性能数据(饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr、矫顽力Hc)；
图7是不同快淬速度(15,20,25m/s)Mn53Al44In3合金经过450℃热处理30min后条带样品的磁滞回线，插图为磁性能数据(饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr、矫顽力Hc)；
图8是快淬速度为15m/s时得到的Mn53Al44In3条带样品在550℃下热处理不同时间(10,20,40min)后的XRD图；
图9是快淬速度为15m/s时得到的Mn53Al44In3条带样品在550℃下热处理不同时间(10,20,40min)后的磁滞回线，插图为磁性能数据(饱和磁化强度Ms、剩余磁化强度Mr、矫顽力Hc)；
图10(a)是热压和热变形流程图；
图10(b)是热变形过程和热变形样品的测量方向(PLL：磁场方向平行于压力方向，PPD：磁场方向垂直于压力方向)。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1-1：制备高饱和磁化强度Mn53Al46In1合金块体
步骤(1)：将纯度不低于99.9％的纯锰块、纯铝块和纯铟粒按照原子百分比Mn53Al46In1称量母合金原料，由于Mn在熔炼的过程中非常容易挥发，所以需要在配料时多加入质量百分比为5％的Mn,共计6g。
步骤(2)：采用非自耗真空电弧炉进行熔炼，将上述称量好的母合金原料依次放入水冷铜坩埚中，其中Mn放在铜坩埚的底部，In放在中间，最后将Al放在最上面盖住Mn。先抽真空，然后再充入纯度为99.999％的高纯氩气作为保护气，重复以上过程3次使得炉腔内的氧气含量降到最低。将合金反复熔炼3遍，每遍3分钟左右，得到成分均匀的铸锭母合金，其XRD图谱如图1(a)所示。
步骤(3)：将上述得到的合金铸锭破碎后放入石英管中并抽真空至压强小于10-4Pa后通过氢氧焰熔封机用石英柱将石英管密封，随后放入马弗炉中进行热处理。热处理温度为1100℃，热处理时间为20h,然后将装有铸锭样品的石英管从马弗炉中取出并迅速放入冰水中冷却至室温，接着将装有该合金铸锭的石英管放入马弗炉中进行退火处理，退火温度为500℃，退火时间为2h，最后将其从炉膛内取出后迅速放入冰水中冷却至室温。其XRD图谱如图1(c)所示。从图1(a)和图1(c)所知，Mn53Al46In1合金铸锭经过1100℃保温20h淬火，然后再经过500℃保温2h淬火的热处理后，成功得到了高纯τ-MnAl合金块体。
步骤(4)：用精确到0.1mg的电子天平分别称量2～6mg上述热处理前和热处理后的合金铸锭。然后用生胶带将其包裹住并揉成一个小球(在该过程中不能让样品漏出)，制备得到待进行磁性能测试的样品。
步骤(5)：将上述热处理前和热处理后的Mn53Al46In1合金块体测试样品利用振动样品磁强计进行磁性能测试，测试得到的磁滞回线分别如图2(a)和图2(c)所示，其磁性能数据如表1所示。
实施例1-2：制备高饱和磁化强度Mn53Al46In1合金块体
将实施例1-1步骤(3)中的热处理条件改为热处理温度为1100℃，热处理时间为12h，然后缓慢降温到900℃保温0.5h(降温速率为5℃/min)，其它同实施例1-1。该热处理条件得到的合金块体的XRD图谱如图1(b)所示，磁滞回线如图2(b)所示，其磁性能数据如表1所示。
实施例2-1：制备高饱和磁化强度Mn53Al45In2合金块体
将实施例1-1步骤(1)中的原子百分比改为Mn53Al45In2，其他同实施例1-1。
该热处理前和热处理后得到的合金块体的XRD图谱如图1(a)和图1(c)所示，磁滞回线如图2(a)和2(c)所示，其磁性能数据如表1所示。从图1(a)和图1(c)所知，Mn53Al45In2合金铸锭经过1100℃保温20h淬火，然后再经过500℃保温2h淬火的热处理后，成功得到了高纯τ-MnAl合金块体。
实施例2-2：制备高饱和磁化强度Mn53Al45In2合金块体
将实施例1-1步骤(1)中的原子百分比改为Mn53Al45In2，其他同实施例1-2。该热处理前和热处理后得到的合金块体的XRD图谱如图1(a)和图1(b)所示，磁滞回线如图2(a)和2(b)所示，其磁性能数据如表1所示。
表1不同热处理条件Mn53Al46In1和Mn53Al45In2合金块体样品的磁性能数据
Figure GDA0003728537420000071
实施例3-1：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
步骤(1)：将纯度不低于99.9％的纯锰块、纯铝块和纯铟粒按照原子百分比Mn53Al44In3称量母合金原料，由于Mn在熔炼的过程中非常容易挥发，所以需要在配料时多加入质量百分比为3％的Mn,共计6g。
步骤(2)：采用非自耗真空电弧炉进行熔炼，将上述称量好的母合金原料依次放入水冷铜坩埚中，其中Mn放在铜坩埚的底部，In放在中间，最后将Al放在最上面盖住Mn。先抽真空，然后再充入纯度为99.999％的高纯氩气作为保护气，重复以上过程3次使得炉腔内的氧气含量降到最低。将合金反复熔炼4遍，每遍2分钟左右，得到成分均匀的铸锭母合金。
步骤(3)：将上述得到的合金铸锭用打磨机或者砂纸打磨掉表面的氧化层，随后将其放入底部开有小孔的的感应熔炼石英管中，在高纯氩气氛围下通过调整感应线圈电流的大小来使合金完全熔化成液态，最后让其喷出落在高速旋转(水冷铜辊表面线速度设置为15m/s)的水冷铜辊上，从而获得快淬速度为15m/s的合金条带。其XRD图谱如图3所示。
步骤(4)：将上述得到的合金条带放入石英管中并抽真空至压强小于10-4Pa后通过氢氧焰熔封机用石英柱将石英管密封，随后放入马弗炉中进行热处理。热处理温度为450℃，热处理时间为30min,然后将装有条带样品的石英管从马弗炉中取出并迅速放入冰水中冷却，得到τ相MnAl合金条带。其XRD图谱如图4所示，形貌图如图5(e)和图5(f)所示。从图3和图4所知，MnAl合金条带经过450℃保温30min的热处理后，成功得到了高纯τ-MnAl合金条带。
步骤(5)：将上述热处理前和热处理后的合金条带剪碎，用精确到0.1mg的电天平称量2～6mg剪碎后的合金条带。然后用生胶带将其包裹住并揉成一个小球(在该过程中不能让条带漏出)，制备得到磁性能测试的样品。
步骤(6)：将上述热处理前和热处理后的MnAlIn合金条带测试样品利用振动样品磁强计进行磁性能测试，测试得到的磁滞回线分别如图6和图7所示。由图6和图7可知，合金条带经过热处理后其综合磁性能得到了较大的提高。其中饱和磁化强度、剩余磁化强度和矫顽力分别由71.001emu/g、18.125emu/g和1.178kOe提高到了77.313emu/g、24.905emu/g和1.589kOe。
实施例3-2：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
将实施例3-1步骤(3)中，水冷铜辊表面线速度设置为20m/s，其它同实施例3-1。20m/s的快淬速度获得的Mn53Al44In3合金条带热处理前和热处理后的XRD图谱分别如图3和图4所示，形貌图如图5(c)和图5(d)所示，磁性能如图6和图7所示。由图6和图7可知，合金条带经过450℃保温30min的热处理后，其综合磁性能得到了显著的提升。其中饱和磁化强度和剩余磁化强度分别由5.218emu/g和1.399emu/g提高到了85.644emu/g和32.154emu/g，其矫顽力变化不大。
实施例3-3：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
将实施例3-1步骤(3)中，水冷铜辊表面线速度设置为25m/s，其它同实施例3-1。25m/s的快淬速度获得的Mn53Al44In3合金条带热处理前和热处理后的XRD图谱分别如图3和图4所示，形貌图如图5(a)和图5(b)所示，磁性能如图6和图7所示。由图6和图7可知，合金条带经过450℃保温30min的热处理后，其综合磁性能得到了显著的提升。其中饱和磁化强度和剩余磁化强度分别由8.788emu/g和2.764emu/g提高到了114.468emu/g和38.561emu/g，其矫顽力有少许降低。
实施例3-4：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
将实施例3-1步骤(4)中，热处理温度设置为550℃，热处理时间设置为10min,其它同实施例3-1。10min的热处理时间得到的合金条带的XRD图谱如图8所示，磁性能如图9所示。由图6和图9可知，合金条带经过热处理后其综合磁性能得到了显著的提高。其中饱和磁化强度、剩余磁化强度分别由71.001emu/g、18.125emu/g提高到了105.705emu/g、31.705emu/g,其矫顽力变化不大。
实施例3-5：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
将实施例3-1步骤(4)中，热处理温度设置为550℃，热处理时间设置为20min,其它同实施例3-1。20min的热处理时间得到的合金条带的XRD图谱如图8所示，磁性能如图9所示。由图6和图9可知，合金条带经过热处理后其综合磁性能得到了较大的提高。其中饱和磁化强度、剩余磁化强度分别由71.001emu/g、18.125emu/g提高到了78.132emu/g、27.022emu/g,其矫顽力变化不大。
实施例3-6：制备高饱和磁化强度Mn53Al44In3合金条带
将实施例3-1步骤(4)中，热处理温度设置为550℃，热处理时间设置为40min,其它同实施例3-1。40min的热处理时间得到的合金条带的XRD图谱如图8所示，磁性能如图9所示。由图6和图9可知，合金条带经过热处理后其综合磁性能有了略微提高。其中饱和磁化强度、剩余磁化强度分别由71.001emu/g、18.125emu/g提高到了87.856emu/g、22.980emu/g,其矫顽力有少许降低。
实施例4-1：制备各向异性Mn53Al44In3C2热压和热变形磁体
步骤(1):将纯度不低于99.9％的锰块、铝块、铟颗粒和碳片按照原子百分比Mn53Al44In3C2称量母合金原料。由于Mn在熔炼的过程中非常容易挥发，所以需要在配料时多加入质量百分比为3％的Mn,共计6g。
步骤(2)：采用非自耗真空电弧炉进行熔炼，将上述称量好的母合金原料按照Mn、C、In和Al的顺序依次放入水冷铜坩埚中。先抽真空，然后再充入纯度为99.999％的高纯氩气作为保护气，重复以上过程3次使得炉腔内的氧气含量降到最低。将合金反复熔炼4遍，每遍2分钟左右，得到成分均匀的铸锭母合金。
步骤(3)：将上述熔炼得到的合金铸锭用打磨机或者砂纸打磨掉表面的氧化层，随后将其放入底部开有小孔的感应熔炼石英管中，在高纯氩气氛围下通过调整感应线圈电流的大小来使合金完全熔化成液态，最后让其喷出落在高速旋转(水冷铜辊表面线速度设置为15m/s)的水冷铜辊上，从而获得快淬速度为15m/s的合金条带。
步骤(4)：将上述得到的合金条带剪碎放入研钵中，将其研磨成粉末，然后过筛(大于70目)。将过筛后的粉末放置于直径为18mm的封闭模具中，然后打开真空热压炉炉盖，将装有粉末的模具放入热压炉下压头上，最后关闭炉盖。将下压头上升，和上压头一起夹紧模具。先抽低真空，再抽高真空。达到真空度要求后(压强小于5×10-3Pa)，边加热边加压，到达预定温度(550℃)和压力(6.85吨)后保持40min，随后撤掉压力，样品随炉降温。最后得到Mn53Al44In3C2热压磁体。
步骤(5)：采用电火花线切割技术，将上述得到的热压磁体切割成形状规则的块体，这里将其切成直径为10mm，高度为4mm的圆柱体。将切割好的试样放入开放的模具中，然后打开真空热压炉炉盖，将装有热压磁体的模具放入热压炉下压头上，最后关闭炉盖。将下压头上升，和上压头一起夹紧模具，然后将位移清零。先抽低真空，再抽高真空。达到度要求后(压强小于5×10-3Pa)，先加热到预定温度(550℃)，然后保温10min使样品受热均匀。然后逐渐加大压力(设定压力上限为15t)，在此过程中观察样品位移量的变化，当位移量为3mm时(此时变形量为75％，试样高度为原始高度的25％)立即撤掉压力，样品随炉降温，最后得到Mn53Al44In3C2热变形磁体。
步骤(6)：用精确到0.1mg的电子天平称量2～6mg上述热压磁体和热变形磁体，然后用生胶带将其包裹住以得到进行磁性能测试的样品。将该测试样品利用振动样品磁强计分别按照磁场方向平行于压力方向(PLL)和垂直于压力方向(PPD)进行磁性能测试，得到剩余磁化强度Mr，其测试方向示意图如图10(b)所示。图10(a)是热压和热变形流程图；热压磁体和热变形磁体的各项异性程度(DOA)使用如下公式计算：DOA＝(MrPPD-MrPLL)/MrPPD，其中MrPPD和MrPLL为磁场方向垂直于压力方向和平行于压力方向上的剩余磁化强度。DOA值越大，则各向异性程度越大，反之则越小。
上述实施例的具体描述的目的是便于普通技术人员能理解并使用本发明。对本领域熟悉的专业人员可以按照实际情况对上述实施例子进行各项修改，并且把此说明书的一般原理应用到其他不用经过创造性的劳动的实施例当中。所以本发明不局限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的启示以及不脱离本发明范畴所作出的相关改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无稀土MnAlIn基永磁合金条带，其特征在于采用以下步骤制备得到：
步骤(1)、配比母合金样品：将纯度不低于99.9%的Mn、Al、In、C按原子百分比配制成理论成分组成为Mn50+xAl50-x-yInyCz的母合金原料，其中x=0~4，y=1~3，z=0~3且不为0；
步骤(2)、母合金样品熔炼：采用非自耗真空电弧炉，将配比好的母合金原料放入水冷铜坩埚中，在高纯氩气氛围下将合金反复熔炼3~4遍以获得成分均匀的MnAlInC合金铸锭；
步骤(3)、将合金铸锭表面的氧化层打磨掉并放入底部开有小孔的石英管中，采用高真空快淬系统，在高纯氩气氛围下通过调整感应线圈电流的大小来使石英管中的合金完全熔化成液态，最后让其喷出落在高速旋转的水冷铜辊上，从而获得MnAlIn合金条带；其中水冷铜辊线速度为5~30m/s；
步骤(4)、将上述MnAlIn合金条带剪碎，采用一定热处理温度进行真空热处理，随后从炉膛内取出后并进行淬火处理得到τ相MnAlIn合金条带；其中热处理温度为450~600℃，热处理时间为10~50min。
2.一种各向异性MnAlIn热压和热变形磁体，其特征在于采用以下方法制备得到：
步骤(1)、合金粉末热压：将权利要求1所述MnAlIn基永磁合金条带研磨成粉末并过筛，采用真空热压烧结炉将过筛后的合金粉末压制成块体；然后撤掉压力，随炉降温，最后得到MnAlInC热压磁体；
步骤(2)、电火花线切割：将热压磁体，然后采用电火花线切割技术将其切割成形状规则的块体；
步骤(3)、真空热变形：将上述切割好的合金块体采用真空热压烧结炉使其变形，最终得到热变形磁体。
3.如权利要求2所述的一种各向异性MnAlIn热压和热变形磁体，其特征在于步骤（1）热压温度为550~700℃，压力为6~10吨，压力保持时间为20~60min。
4.如权利要求2所述的一种各向异性MnAlIn热压和热变形磁体，其特征在于步骤（3）热变形温度为550~700℃，最大压力为10~15吨，变形量50~75%。
CN202011517734.9A 2020-12-21 2020-12-21 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法 Active CN113151719B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011517734.9A CN113151719B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011517734.9A CN113151719B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113151719A CN113151719A (zh) 2021-07-23
CN113151719B true CN113151719B (zh) 2022-09-30

Family

ID=76882694

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011517734.9A Active CN113151719B (zh) 2020-12-21 2020-12-21 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113151719B (zh)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104593625B (zh) * 2015-01-06 2017-02-22 同济大学 一种无稀土MnAl永磁合金的制备方法
CN105702406B (zh) * 2016-04-06 2018-02-09 同济大学 一种MnAlC基高矫顽力永磁材料及其制备方法
CN106997800B (zh) * 2017-03-10 2018-12-07 杭州电子科技大学 一种无稀土MnAlCuC永磁合金及其制备方法
CN107470622A (zh) * 2017-08-24 2017-12-15 南昌航空大学 一种通过热变形制备无稀土各向异性Mn‑Al‑C永磁合金的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113151719A (zh) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6951481B2 (ja) サマリウムコバルト磁石およびその製造方法
CN110957090B (zh) 一种钐钴1：5型永磁材料及其制备方法
CN107240470A (zh) 一种低失重烧结钕铁硼磁体及制作方法
CN107393711A (zh) 一种高矫顽力磁体的制备方法
CN106448985A (zh) 一种复合含有Pr和W的R‑Fe‑B系稀土烧结磁铁
JP3505261B2 (ja) Ｓｍ−Ｃｏ系永久磁石材料、永久磁石及びその製造法
JP2558095B2 (ja) 希土類一鉄系永久磁石の製造方法
CN108400009A (zh) 一种晶界扩散制备高矫顽力块状锰铋纳米磁体的方法
WO2024108851A1 (zh) 一种含晶界相的钐铁基稀土永磁材料及其制备方法和应用
CN113151719B (zh) 一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法
CN113539600A (zh) 一种高磁能积和高矫顽力的含Dy稀土永磁体及制备方法
JPWO2003040421A1 (ja) Ｓｍ−Ｃｏ系磁石用合金、その製造方法、焼結磁石及びボンド磁石
JPH0444301A (ja) 希土類永久磁石の製造方法
CN115637394B (zh) 一种钴强化铁镍基硬磁合金及其制备方法
JPH07123083B2 (ja) 鋳造希土類―鉄系永久磁石の製造方法
JP2730441B2 (ja) 永久磁石用合金粉末の製造方法
JP2631513B2 (ja) 磁性合金の製造法
CN104593660A (zh) 一种钕铁硼永磁材料合金化Ga元素的方法
CN115881418A (zh) 一种2:17型钐钴永磁体及其制备方法和应用
CN117012490A (zh) 一种高矫顽力钕铁硼磁体及其制备方法
CN115763043A (zh) 一种含钕稀土永磁材料的制备方法
CN117352249A (zh) 一种具有超低温高矫顽力的MnBiCu永磁合金及其制备方法
CN118800542A (zh) 一种Nd-Fe-B/Sm-Co-B复合永磁体及其制备方法
CN117133522A (zh) 一种具有高磁能积的MnBi永磁合金粉末及其制备方法与应用
CN115458266A (zh) 钐钴磁体及其制备方法和镍的用途

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant