本發明專利技術提供一種低成本無稀土納米復合永磁材料及其制備方法。低成本無稀土納米復合永磁材料的化學分子式為Mn53?xAl45C2Wx/(Fe1?yCoy)2B。制備方法是：將純金屬原料按Mn53?xAl45C2Wx合金名義配料，獲得母合金錠子，并制成薄帶；將快淬帶進行真空熱處理，獲得τ相Mn53?xAl45C2Wx合金；按照(Fe1?yCoy)2B合金成分配料，獲得母合金錠子，并制成薄帶；將熱處理后的Mn53?xAl45C2Wx合金快淬帶和(Fe1?yCoy)2B合金快淬帶進行高能球磨，制成納米晶合金粉末；將獲得的納米復合粉末放電等離子燒結制得全致密的納米復合永磁材料；將經燒結的納米復合永磁材料進行熱變形，提高取向度，獲得低成本無稀土各向異性無稀土納米復合永磁材料。本發明專利技術制備的永磁材料不含稀土元素，有效降低原料成本，同時工藝簡單，易于操作，適合于大規模批量化生產。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及磁性材料
，尤其涉及一種低成本無稀土納米復合永磁材料及其制備方法。
技術介紹
高性能永磁材料已廣泛應用于軍工設備、電聲器件、電動機、發電機、計算機硬盤驅動器、音圈電機、核磁共振成像儀、微波通訊技術、控制器、儀表及其他需用永久磁場的裝置和設備中。稀土金屬間化合物永磁是目前性能最好的永磁材料。如釤鈷基磁體的磁能積已超過30MGOe，釹鐵硼永磁體的磁能積已達到59.5MGOe。然而，稀土永磁材料由于其高額的原材料成本使得這些高性能的磁體價格昂貴。同時，由于中國近年來對稀土產業實行出口配額和上調出口關稅等宏觀調控政策導致其價格上漲，因此開發成本低廉的無稀土永磁是我國磁性材料產業降低成本、增強競爭力和可持續發展的必然選擇。無稀土錳鋁合金(Mn-Al)是不含稀缺貴重材料（如稀土和鎳、鈷等）的永磁合金，因此價格低廉。Mn-Al二元合金中的鐵磁性τ相MnAl合金具有較強的單軸磁晶各向異性，易磁化軸為[001]軸，K1=1.5MJ/m3，Ms=114Am2/kg，Tc=650K。MnAl合金的理論最大磁能積(BH)max=12MGOe，理論密度為5200kg/m3，具有很高的單位重量磁能積，便于實現磁路輕量化。MnAl合金的磁性能優于常用的鐵氧體和鋁鎳鈷合金，而低于稀土永磁，它能夠填補稀土永磁和鐵氧體永磁性能上的缺口，部分取代性能介于兩者之間的永磁產品。同時原料Mn和Al元素資源儲量豐富，價格低廉，因此，MnAl合金是一種很有發展潛力的低成本永磁材料。MnAl合金中τ-MnAl相為亞穩相，而且它的磁學性能對其微觀結構和缺陷分布等特別敏感，因此，如何制備出高性能Mn-Al永磁材料一直是研究領域的難題。研究表明C元素能有效增強τ-MnAl合金的穩定性，此外C元素的加入還能進一步提高MnAl合金的切削加工性能和磁性能。然而，到目前為止，實際應用中的Mn-Al-C永磁的磁性能與其理論值還有較大的差距。一方面，在MnAl鐵磁相中，由于Al原子沒有磁矩，所以該合金的磁化強度比較低。(Fe,Co)2B合金具有高的磁化強度，并且當Co含量為10%~50%時，合金具有單軸磁晶各向異性。本專利技術將MnAl合金作為硬磁相，(Fe,Co)2B合金作為半硬磁相制備復合磁體，有望進一步提高MnAl合金的永磁性能。另一方面，研究表明，Mn-Al永磁合金經溫熱變形后磁性能可以顯著提高，這主要是由形變引起晶體易磁化軸的定向排列而形成各向異性MnAl永磁體。利用放電等離子熱壓熱變形技術制備MnAl納米復合永磁體，在保證磁體納米晶的前提下實現致密化，同時使磁體的織構度顯著提高，最終獲得高性能納米復合永磁材料。
技術實現思路
本專利技術首先要解決的技術問題是，克服和彌補現有技術的不足，提供一種低成本無稀土納米復合永磁材料。為此，本專利技術采用以下技術方案：低成本無稀土納米復合永磁材料的化學分子式為Mn53-xAl45C2Wx/(Fe1-yCoy)2B，其中W為Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一種或幾種，x為W元素的原子百分數，x滿足關系式：0≤x≤3，y為Co元素的原子百分數，y滿足關系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1-yCoy)2B和Mn53-xAl45C2Wx的重量百分比z滿足關系式：0＜z≤0.3。進一步地，所述低成本無稀土納米復合永磁材料的組成元素包括Mn、Al、C、Ti、Cu、Ni、Zr、Fe、Co、B，這些原料的純度是99.9％～99.999％。本專利技術所要解決的另一個技術問題是提供一種低成本無稀土納米復合永磁材料的制備方法，包括如下步驟：(1) 將純金屬原料按Mn53-xAl45C2Wx合金名義成分以原子百分含量稱量配料，將稱得的目標成分原料進行真空熔煉，將合金反復熔煉3~5次獲得成分均勻的母合金錠子，然后在快淬爐中制成薄帶；(2) 將步驟（1）中得到的Mn53-xAl45C2Wx快淬帶進行真空熱處理，獲得τ相Mn53-xAl45C2Wx合金；(3) 按照(Fe1-yCoy)2B合金成分稱量各元素原料進行配料，將稱得的目標成分原料進行真空熔煉，將合金反復熔煉3~5次獲得成分均勻的母合金錠子，然后在快淬爐中制成薄帶；(4) 將熱處理后的Mn53-xAl45C2Wx合金快淬帶和(Fe1-yCoy)2B合金快淬帶進行高能球磨，制成相應的納米晶合金粉末；(5) 將Mn53-xAl45C2Wx和(Fe1-yCoy)2B納米晶合金粉末按一定比例混合，獲得均勻混合的復合粉末；(6) 將獲得的納米復合粉末放入硬質合金模具中進行放電等離子燒結制得全致密的納米復合永磁材料；(7) 將經燒結的納米復合永磁材料進行熱變形，提高取向度，獲得低成本無稀土各向異性無稀土納米復合永磁材料。所述的腔體氣壓為0.05MPa，噴射壓力差為0.05~0.10MPa，輥輪的線速度為10~50m/s。所述的快淬薄帶的厚度為10μm~220μm，寬度為2mm~8mm。所述的真空熱處理的具體工藝參數為：熱處理溫度550~750℃，保溫時間10~60min。所述的放電等離子燒結的具體工藝參數為：燒結溫度500~800℃，壓力30~500MPa，升溫速率30~100℃/min，燒結保溫時間1~5min。所述的熱變形工藝參數為：溫度500~800℃，壓力100~400MPa。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：1）本專利技術以Mn-Al-C合金作為硬磁材料，不含稀土和其他貴重元素，原料來源豐富，價格低，能有效降低成本，并促進中低檔產品的開發；2）本專利技術利用單輥快淬技術，在快速冷卻的過程中獲得高溫ε-MnAl相后，結合真空熱處理得到鐵磁性τ-MnAl相，制備工藝簡單；3）本專利技術選取具有較高飽和磁化強度和磁晶各向異性的(FeCo)2B半硬磁相作為第二相與Mn-Al-C組成復合磁體，一方面可以提高復合體系的磁化強度，另一方面半硬磁相的磁晶各向異性也可以對體系總體的磁晶各向異性能做出貢獻，從而顯著提高磁體的磁能積；4）本專利技術通過放電等離子熱壓工藝制備納米復合磁體，能有效控制復合磁性晶粒間的界面反應，并能抑制納米晶粒的長大，極大提高磁體的致密度；5）本專利技術復合利用放電等離子熱壓熱變形工藝，在保證磁體良好組織結構的前提下，顯著提高磁體的取向度，有利于實現各向異性高性能MnAl納米復合磁體的制備。因此，通過本專利技術可以制備出高性能的低成本無稀土納米復合永磁材料。具體實施方式下面將結合具體實施例對本專利技術做進一步說明。實施例 1：(1) 采用純度為99.9%的電解錳，純度為99.9%的Al，純度為99.9%的分析碳為原料，按照Mn53Al45C2成分配料。采用感應熔煉，將Mn，Al，C混合原料熔煉為一個合金鑄錠，再采用電弧反復熔煉4次，以保證合金的均勻性。把獲得的Mn53Al45C2母合金錠子破碎成小塊，并置于酒精中超聲波清洗。將清洗過的小塊合金裝入下端開口且尺寸為5.0mm×0.7mm矩形口的石英管中，抽取真空至3.6×10-3Pa，并在腔體內充入高純氬氣保護，采用高頻感應線圈加熱使其熔化，調節電流至15A，感應溫度為1250℃，熔煉3min后用高純氬氣把熔融的合金液噴射到高速旋轉的銅輥上，迅速凝固并借助離心力拋離輥面，得到連續薄帶。銅輥線速度為30m/s，腔體氣壓為0.05MPa，噴射壓力本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種低成本無稀土納米復合永磁材料，其特征在于：其化學分子式為Mn53?xAl45C2Wx/(Fe1?yCoy)2B，其中W為Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一種或幾種，x為W元素的原子百分數，x滿足關系式：0≤x≤3，y為Co元素的原子百分數，y滿足關系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1?yCoy)2B和Mn53?xAl45C2Wx的重量百分比z滿足關系式：0＜z≤0.3。
【技術特征摘要】
1.一種低成本無稀土納米復合永磁材料，其特征在于：其化學分子式為Mn53-xAl45C2Wx/(Fe1-yCoy)2B，其中W為Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一種或幾種，x為W元素的原子百分數，x滿足關系式：0≤x≤3，y為Co元素的原子百分數，y滿足關系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1-yCoy)2B和Mn53-xAl45C2Wx的重量百分比z滿足關系式：0＜z≤0.3。2.根據權利要求1所述的一種低成本無稀土納米復合永磁材料，其特征在于：所述低成本無稀土納米復合永磁材料的組成元素包括Mn、Al、C、Ti、Cu、Ni、Zr、Fe、Co、B，這些原料的純度是99.9％～99.999％。3.一種如權利要求1所述的低成本無稀土納米復合永磁材料的制備方法，其特征在于包括如下步驟：(1) 將純金屬原料按Mn53-xAl45C2Wx合金名義成分以原子百分含量稱量配料，將稱得的目標成分原料進行真空熔煉，將合金反復熔煉3~5次獲得成分均勻的母合金錠子，然后在快淬爐中制成薄帶；(2) 將步驟（1）中得到的Mn53-xAl45C2Wx薄帶進行真空熱處理，獲得τ相Mn53-xAl45C2Wx合金；(3) 按照(Fe1-yCoy)2B合金成分稱量各元素原料進行配料，將稱得的目標成分原料進行真空熔煉，將合金反復熔煉3~5次獲得成分均勻的母合金錠子，然后在快淬爐中制成薄帶；(4) 將熱處理后的Mn53-xAl45C2Wx合金快淬帶和(Fe1-yCoy...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張朋越，陶姍，葛洪良，劉曉剛，
申請(專利權)人：中國計量大學，
類型：發明
國別省市：浙江;33
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。