[发明专利]一种新型磁性铝基复合材料、制备方法及其用途

说明书

本发明公开了一种新型磁性铝基复合材料、制备方法及其用途，属于磁性材料领域。新型磁性铝基复合材料用轻质的、强韧性好的铝合金作为基体，将磁性粒子以细小的复合颗粒形式分散于基体中。主要步骤包括：高能球磨混粉、磁场静压成型、微波烧结、均质处理和轧制退火、固溶处理；主要优点是：用轻质的、强韧性好的铝合金作为基体，克服了现有磁性材料重且脆等缺点；将钕铁硼磁粉以小颗粒形式分散到铝基体中，则颗粒处于被包覆状态，在使用时不直接接触空气，能有效改善“易氧化、服役条件高”的弊端；铝的电导率较磁性材料高两个数量级，铝材导热系数为237W/(m·K)，是钢铁材料导热系数的5倍左右，以铝为基体可以有效改善新一代磁性材料的导电性和导热性。

技术领域

本发明涉及磁性材料，具体涉及一种新型磁性铝基复合材料、制备方法及其用途。

背景技术

永磁材料已成为现代科学技术，比如计算机技术、信息技术、航空航天技术、通讯技术、交通运输技术、办公自动化技术、家电技术和保健技术等重要的材料物质基础，世界对永磁材料的需求量以每年20%~30%的速度递增。随着国家节能降耗、绿色环保政策的推广，将器件轻量化小型化成为多领域磁性材料零部件的刚需。以汽车等交通工具为例，伴随着汽车轻量化发展需求，选用轻质材料来降低汽车总重量无疑是主要途径。前期研究多致力于汽车车身、轮毂用结构材料等，却较少关注电机用磁性材料的减重问题。一般汽车需使用15~40台电机，只有轻而小的电机才能降低汽车重量、增加舒适感、提高安全性、降低尾气排放等进而提高汽车整体性能，而永磁材料是电机主要用材，因此认为将车用永磁材料轻量化是汽车“瘦身减重”的重要内容。永磁材料为铁基，密度数值范围在 7~8g/cm³，电机运转时能量消耗大。试想这些旋转运动零部件被替换成轻质磁性铝材后（纯铝的密度2.7g/cm³），轻量化器件就能有效降低运动能量和惯性，在增加旋转速度和转矩的同时，提高工件的启动与制动性能，从而可以减少电力消耗，支撑机架也能实现小型化。再以军用设备为例，其外壳多用铁基磁性材料，为达到减重目的对轻质高磁材料有需求，即在确保功能性低设备重量。另外现用磁性材料存在 “硬度高，脆性大，韧性低”的共有弊端，一来难以精密加工得到微型或者形状复杂的磁性元件，二来使用过程中有安全隐患。除上述“重且脆”的问题外，现有磁性材料仍存在以下问题：

（1）导电性差。室温下铁基磁性材料电阻率高，导电性差，而作为机械能和电能转化的器件则需要有高导电性。

（2）导热性差。高温使用时不利于散热，存有安全隐患，而作为高温下电能转换器件，高的导热性显然是有益的。

（3）易氧化，易腐蚀。钕铁硼中Nd的化学性质很活泼，在高温或者暖湿环境富钕区易发生反应，所以使用前需进行表面镀Zn或Ni或涂防腐漆，增加了制备环节，服役时也增加了尺寸不稳定因素；目前主要以Dy、Tb替代Nb或以Co替代Fe，可适度提高耐蚀性。

（4）温度稳定性有待提高。首先表现为温度变化时的尺寸稳定性，而铝基复合材料的显著优势就是具有低热膨胀性；二是磁性能稳定性，在航空航天、深层地址勘探以及现代化的军事武器领域，所用磁性材料需要在较大温度变化时仍保持较高的磁性稳定，在目前磁性材料中，稀土钴合金具有突出的温度稳定性（居里温度800℃以上），当将其作为复合相之一合成复合材料后，则有望使得新材料温度稳定性高于钕铁硼。

（5）高磁性机制仍未澄清。界面特征对钕铁硼磁性能发挥至关重要，已有研究表明钕铁硼表层含Nb相分布特征是关键因素，当加入其它元素后会改善其磁性能，但结论和机制都未能明朗和系统化，是理论研究有待深入之处。

（6）最后一点也甚为关键，磁性材料磁性都不够完美。磁性材料往往有多个磁性能表征参数，包括剩磁、矫顽力和最大磁能积，还有磁导率等，对于不同材料往往存在诸磁性能此消彼长的不足。对于钕铁硼磁体的优势只在于其饱和磁化强度高，仍存在居里温度低、可逆温度系数大、剩磁温度系数高、不具有各向异性、磁体不易实现多极充磁等等弱点，在与铁钴镍和稀土钴合金竞争时仍有劣势。这些不足之处一定程度上限制了钕铁硼的应用领域。

发明内容