[发明专利]一种新型无稀土纳米复合永磁材料及其制备方法

说明书

技术领域

一种新型无稀土纳米晶复合永磁材料及其制备方法，尤其是指一种元素取代效应、机械合金化与热压技术的制备方法，并通过纳米晶永磁相和纳米晶软磁相之间的交换耦合作用获得高磁性能永磁材料的组成配方及其制备方法，属于材料科学技术领域。

 

背景技术

随着科学技术的飞速发展，特别是在汽车、航空航天等领域，各种极端环境条件下，对于各种材料有着更严格的要求。永磁体作为最重要功能的材料，在国民经济和科技领域应用越来越广。目前NdFeB磁体因其高的磁性能和良好的机械性能，备受人们的关注。但由于NdFeB磁体的居里温度仅为318℃，工作温度大都低于100℃，因此极大的限制其在高温度的使用。MnBi合金是一种传统的磁性材料，居里温度可达360℃，而且具有正的矫顽力温度系数特性，因此受到人们广泛的研究和关注。Savitsky等人[Savitsky E M, Torchinova R S, J Cryst Growth, 1981. 52: 5191]曾系统的报道了MnBi合金磁性能，测量了MnBi合金的热磁曲线，并发现MnBi合金的矫顽力随粒径的减小而增大，预测其最大磁能积可达18MOe。Morikawa [Morikawa H, Sasaa K, Mater Trans J IM ,1998, 39: 8141]报道了MnBi合金的矫顽力最高达可达25.8kOe，并发现通过改进工艺和掺杂新的元素，可制备出具有更高磁性能的MnBi永磁体，特别是适用于高温条件下使用。

虽然MnBi合金具有高的矫顽力，正的温度系数，高的居里温度，然而其磁能积远低于NdFeB的磁能积。α-Fe相为软磁体，具有高的剩磁，低的矫顽力。目前的研究表明，当软磁相与永磁相的颗粒减小到一定程度，在纳米晶条件下复合，将产生磁交耦作用，这将有效地提高材料的磁能积。

本发明采用机械合金化方法来降低材料的晶粒尺寸，提高矫顽力，同时使球磨后的软磁相和永磁相在纳米尺度上产生强烈的磁交耦作用，增强磁体的磁性能。另外，涉及的掺杂元素主要是三价铝金属元素，这类的元素的专利和文献报道较少。目前关于NdFeB、SmCo永磁体与α-Fe软磁体复合的研究较多，但关于MnAlBi与α-Fe复合永磁体的研究报道较少。

 

发明内容

本发明的目的是提供一种软磁相和硬磁相之间在纳米尺度范围内产生强烈的交换耦合作用，磁能积较高，磁体性能高的新型无稀土纳米复合永磁材料，为了达到以上技术目的，本发明采用如下技术方案：

所述永磁材料的合金配方组成式为 Mn_1.08(Al_xBi_1-x)/α-Fe，其中摩尔分数x满足0.2<x≤0.8；所述永磁材料以Mn_1.08(Al_xBi_1-x)为永磁相，α-Fe为软磁相，其中Mn_1.08(Al_xBi_1-x)和α-Fe的重量百分比y为0<y≤0.5。

通过以上技术方案，本发明磁能积较高，磁体性能高。

本发明还提供上述永磁材料的制备方法，其制备方法包括以下几个步骤：

（1）采用熔炼法将已配好的原料放入在氩气保护下的电弧熔炉中，熔炼得到 Mn_1.08(Al_xBi_1-x)合金铸锭;

（2）快淬薄带：在Ar气氛保护下，将步骤(1)制得的Mn_1.08(Al_xBi_1-x)合金铸锭通过旋转的水冷金属轮甩制成快冷薄带；

（3） 将步骤(2)所制备的Mn_1.08(Al_xBi_1-x)合金薄带和纳米晶α-Fe混合后，经球磨后得到复合纳米晶两相的混料;

(4)  利用热压方法将步骤(3)所制得的复合纳米晶两相的混料压制成块状Mn_1.08(Al_xBi_1-x)/ α-Fe永磁体。

通过以上技术方案，本发明采用机械合金化方法来降低材料的晶粒尺寸，提高矫顽力，同时使球磨后的软磁相和永磁相在纳米尺度上产生强烈的磁交耦作用，增强磁体的磁性能。

附图说明

图1为不同组分的双相纳米晶Mn1.08(AlxBi1-x)/ɑ-Fe永磁体的磁滞回线。

 

具体实施方式