[发明专利]一种Sr掺杂锰镓合金及其高矫顽力纳米晶磁体的制备方法

说明书

一种Sr掺杂锰镓合金及其高矫顽力纳米晶磁体的制备方法，属于非稀土磁性材料技术领域。其具体方法为：首先采用熔炼及热处理的工艺，制备出四方相Sr掺杂锰镓合金，其化学式为Mn_x‑yGaSr_y(1＜x≤3.0,0＜y≤0.5)。再将该合金快速热变形，获得具有高矫顽力的Sr掺杂锰镓纳米晶磁体。本发明的显著特点在于，Sr元素掺杂对Mn_xGa(1≤x≤3)合金进行改性，在保持其内禀磁性的基础上，增强合金塑性变形能力，降低了热变形温度，提高了热变形速率和变形量，达到细化晶粒、提高磁性能的效果。

技术领域

本发明涉及一种Sr掺杂锰镓合金及其高矫顽力纳米晶磁体的制备方法，属于磁性材料制备技术领域。

背景技术

永磁材料是磁性材料的一个重要领域，在各个行业都发挥着极其重要的作用。目前获得广泛应用、性能优异的永磁体中，如钕铁硼、钐钴合金等通常含有大量的稀土元素，甚至昂贵的重稀土元素。虽然我国是稀土大国，但几十年的廉价、过度开采使我国的稀土资源短缺问题日益突出，因此，开发和研究一种高性能、高稳定性的非稀土磁性材料已成为各国磁性行业新的研究方向。

Mn_xGa(1≤x≤3)合金作为一种非稀土材料，具有丰富的相结构、多样的磁特性，以及较高的理论内禀磁性能，是新型非稀土磁性材料领域的技术储备之一，关于其制备、磁性能变化和应用价值的研究报道也已屡见不鲜,如D0₂₂-Mn₃Ga的高自旋极化率和高居里温度使其应用于新型自旋转移矩材料；而四方L1₀-MnGa合金因其较高的饱和磁化强度、居里温度、强磁晶各向异性，以及较高的理论磁能积，成为非稀土永磁材料的主要候选之一。实际上，随着Mn元素的降低，四方Mn_xGa(1≤x≤3)合金的磁性能逐渐从亚铁磁性转变为铁磁性，但是其相结构也更易发生失稳，更难进行磁硬化。

合金塑性变形是一种实现Mn_xGa(1≤x≤3)合金磁硬化的有效途径，此前我们(ZL201710011067.9)利用放电等离子烧结方法对Mn_xGa(1≤x≤3)铸锭热变形，通过晶粒的回复再结晶，实现了不同成分合金的磁硬化。研究发现，在保证四方结构的基础上，温度越低、变形速率越高，变形量越大，则再结晶程度越高，越有利于形成细晶。但是对于特定成分的合金，其变形参数与化学组成和晶体结构密切相关。就Mn_xGa(1≤x≤3)而言，随着Mn含量降低，一方面保持单相四方L1₀结构的温度区间趋于减小，另一方面，材料脆性大，因此难于调控热变形工艺。如单相四方Mn_1.80Ga合金，其最大变形量为92％，此时变形磁体的剩磁和矫顽力分别提高到2.52kG，4.73kOe。而Mn_1.33Ga在最佳热变形工艺条件下，最大变形量为88％，热变形磁体的剩磁、矫顽力分别提高到3.87kG，5.65kOe。结合显微结构分析，我们发现，尽管热变形引发了再结晶，使得晶粒急剧减小，矫顽力获得了数量级的提升，但是与理论值相比，依然差距甚远。如变形量88％的Mn_1.33Ga热变形磁体的矫顽力达到5.65kOe，其晶粒尺寸从变形前铸锭的30μm降低到1-3μm，但相比其单畴尺寸605nm仍有很大差距，而仅仅通过调控变形工艺已无法满足进一步减小晶粒尺寸的要求。