[发明专利]一种高饱和磁化强度MnAlB永磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于永磁材料领域，尤其是涉及一种高饱和磁化强度MnAlB永磁合金及其制备方法。

背景技术

随着现代科学技术的不断发展，信息化、电气化及自动化领域成为各种新材料应用的第一阵地，尤其是永磁材料的开发与应用已成为研究热点。目前在永磁材料体系中占据主导地位的主要有稀土系永磁(NdFeB体系与SmCo体系)。但由于稀土资源总量有限且价格昂贵，其已成为制约稀土永磁体系发展的最大瓶颈。因此，寻求具有高饱和磁化强度的无稀土永磁合金体系进而在某些领域能够替代稀土系永磁具有十分重要的现实意义。正是如此，近年来新型无稀土永磁的研究与开发已成为磁性材料领域的研究热点。Mn基硬磁是无稀土永磁材料的一个重要分支，其中MnAl体系因其低密度、耐腐蚀、易成型且综合磁性能良好的特点使其成为极具前景的无稀土永磁材料。

MnAl合金体系中存在的磁性τ相早在1950年已被Kono与Koch等学者发现，后续的研究证明其具有高的磁各向异性(10⁷erg/cc)、较高的矫顽力(4Koe以上)、优异的理论饱和磁化强度(约160emu/g)以及耐腐蚀性能和机械加工性能。然而在实际制备过程中由于MnAl合金存在β、γ₂等杂相以及Mn-Mn原子间难以达到理想状态的铁磁性耦合等因素，导致其饱和磁化强度一直与理论值有较大的差距。如国外学者Anurag Chaturvedi等分别采用不同工艺在MnAl合金中获得了磁性τ相，但其饱和磁化强度均低于60emu/g；Zeng等学者在15Koe的外加磁场下获得了89emu/g的饱和磁化强度。国内关于MnAl基合金体系的最大饱和磁化也有不少报道。如胡元虎等(一种制造锰铝硬磁合金的方法，中国发明专利，CN101684527A，2010.03.31)在添加近30％-40％的稀土元素基础上通过传统的母合金熔炼、熔体快淬工艺制备磁性τ相，最终获得剩磁达到了6-8KGs。凌敏等(一种无稀土MnAl永磁合金的制备方法，中国发明专利，CN104593625A，2015.01.06)通过熔体快淬以及后续的热处理在MnAl合金中获得了较纯的磁性相，但其磁滞回线表明饱和磁化强度最大为91emu/g。

发明内容

本发明的目的就是通过小原子半径的硼元素掺杂以调控磁性τ相晶胞中的Mn原子间距，进而获得一种高饱和磁化强度、高剩磁及矫顽力的MnAlB永磁合金，并提供其制备方法。同时硼元素的引入也会导致淬态薄带的τ相转变温度降低30-40℃，与MnAl体系退火转变相比，可以简化热处理工艺。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种高饱和磁化强度MnAlB永磁合金，其名义分子式为(Mn_0.55Al_0.45)_xB_y，其中，0＜y＜2，x＝100-y。

一种高饱和磁化强度MnAlB永磁合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)母合金的原料配比与制备：

按名义分子式(Mn_0.55Al_0.45)_xB_y进行配比作为母合金的原料，其中0＜y＜2，x＝100-y，将原料炼炉得到成分均匀的(Mn_0.55Al_0.45)_xB_y母合金铸锭；

(2)母合金铸锭的快淬预处理：

将熔炼后得到的母合金铸锭用砂轮打磨以去除表层的氧化皮，然后对其进行机械破碎获得黄豆大小的块状合金以便于在石英管中进行熔体快淬；

(3)母合金铸锭的熔体快淬：

将步骤(2)中得到破碎块状合金放入熔体快淬设备的石英管中，采用单辊快淬法制备名义分子式为(Mn_0.55Al_0.45)_xB_y的合金薄带。

步骤(1)中，配制母合金原料使用纯度不低于99.95％的锰、铝、硼。

步骤(1)中，熔炼时采用电弧熔炼炉，熔炼的条件为：10^-4-10^-5Pa真空条件下正反熔炼4-6次，然后随炉冷却。

步骤(2)中得到破碎的块状合金后，把破碎后的块状合金交替放入酒精和丙酮中进行超声波清洗去除表面的杂质，最后取出烘干。