一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金及其制备方法。首先将Mn、Bi和Mg按照预制比例混合，得到母合金原料，在真空环境和惰性气体保护下，对母合金原料进行真空感应熔炼，得到合金锭，然后将合金锭破碎成小块，再次进行真空感应熔炼，重熔数次后得到最终合金锭，最后将最终合金锭在真空环境下进行均匀化退火，即得MnBiMg永磁合金，其中，预制比例为Mn、Bi和Mg的原子个数比为55：45

【技术实现步骤摘要】
一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于永磁材料
，具体涉及一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]材料是人类生存和发展的物质基础，因而与我们的生活紧密联系。其中年代久远而又用途广泛的磁性材料是材料的一大分支，在现代科学技术中占有很高的战略地位。其中永磁材料在诸多领域应用非常广泛，如能源、信息通讯、交通、计算机、医疗器械等等。目前，电机市场约有一半被铁氧体永磁材料所占据。由于大多数永磁电机对磁能积并没有很高的要求，因此铁氧体永磁材料以其较低的成本得到了相当广泛的应用，但较低的磁能积也限制了其在小型化、轻量化器件设备中的进一步发展。对于某些特殊情况下使用的电机，如电动汽车的牵引电机，其重量和尺寸都具有严格的要求，这个时候稀土永磁材料只能是唯一的选择。但稀土材料是不可再生资源，近年来出现的稀土供应危机，导致了稀土价格大幅上涨。对于那些对磁能积要求适中的电机，稀土永磁材料并不是最好的选择。因此，我们迫切需要寻找一种磁能积适中且价格相对低廉的永磁材料。
[0003]MnBi永磁合金由于其低廉的成本和优异的永磁性能，使其成为目前最具有应用潜力的无稀土永磁材料之一。低温相LTP
‑
MnBi具有较高的磁晶各向异性常数(室温下为1.6
×
106J/m3)、较高的磁能积(17.6MGOe)、适中的饱和磁化强度(81emu/g)，特别是，正的矫顽力温度系数。这一独特的性质恰好适用于混合动力电车以及风力发电机等高温领域。
[0004]然而，目前MnBi永磁合金的最大磁能积依然远小于其理论值，究其原因部分是因为制备过程中很难获得纯的铁磁性低温相LTP
‑
MnBi。此外，相比稀土永磁材料，如NdFeB较高的饱和磁化强度，MnBi合金适中的饱和磁化强度决定了MnBi合金要想取得较大的磁能积，高含量低温相LTP
‑
MnBi的获取以及磁各向异性的增强尤为重要。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术主要以元素掺杂为手段，提供了一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金及其制备方法。
[0006]本专利技术的具体技术方案如下：
[0007]本专利技术提供了一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，将Mn、Bi和Mg按照预制比例混合，得到母合金原料；步骤S2，在真空环境和惰性气体保护下，对母合金原料进行真空感应熔炼，得到合金锭；步骤S3，将合金锭破碎成小块，再次进行真空感应熔炼，重熔数次后得到最终合金锭；步骤S4，将最终合金锭在真空环境下进行均匀化退火，即得具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金，其中，预制比例为Mn、Bi和Mg的原子个数比为55：45
‑
x：x，x＝1,2,3,4。
[0008]本专利技术提供的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤S1中Mn、Bi、Mg的纯度均≥99.95％。
[0009]本专利技术提供的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤S2中真空环境的压力为10
‑4‑
10
‑3Pa，惰性气体为高纯氩气。
[0010]本专利技术提供的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，步骤S4中均匀化退火的温度为250
‑
400℃，升温速率为4
‑
6℃/min，时间为10
‑
15h，真空环境的压力为10
‑5‑
10
‑4Pa。
[0011]本专利技术提供的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，还具有这样的技术特征，其中，对最终合金锭进行均匀化退火前，先对其进行表面处理。
[0012]本专利技术还提供了一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金，其特征在于，采用上述具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法制备得到。
[0013]本专利技术提供的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金，还具有这样的技术特征，名义成分为Mn
55
Bi
45
‑
x
Mg
x
，其中x＝1,2,3,4。
[0014]专利技术的作用与效果
[0015]由于本专利技术采用元素掺杂的手段，首先将Mn、Bi、Mg按照预制比例混合，得到母合金原料，然后在真空环境和惰性气体保护下，对母合金原料进行真空感应熔炼，得到合金锭，将合金锭破碎成小块，重复数次真空感应熔炼，得到最终合金锭，最后将最终合金锭在真空环境下进行均匀化退火，得到具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金。
[0016]本专利技术主要掺杂Mg元素进入MnBi合金的晶格占据晶格位置或部分进入间隙，从而优化MnBi合金的晶格参数，增大其磁晶各向异性。因此，与现有技术相比，本专利技术制得的MnBiMg永磁合金具有高矫顽力、较高磁能积和优良的综合磁性能。此外，本专利技术的制备方法成本低廉，操作简便。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例制得的Mn
55
Bi
45
‑
x
Mg
x
(x＝1,2,3,4)最终合金锭和对比例制得的Mn
55
Bi
45
最终合金锭的DSC图。
[0018]图2是本专利技术实施例制4得的Mn
55
Bi
41
Mg4永磁合金和对比例制得的Mn
55
Bi
45
合金的SEM图。其中，图2中的(a)为Mn
55
Bi
45
合金的SEM图；图2中的(b)为Mn
55
Bi
41
Mg4永磁合金的SEM图；图2中的(c)为图2中的(a)中方框标记区域的放大图像；图2中的(d)为图2中的(b)中方框标记区域的放大图像。
[0019]图3是本专利技术实施例制4得的Mn
55
Bi
41
Mg4永磁合金和对比例制得的Mn
55
Bi
45
合金中Mn、Bi、Mg的元素分布及EDS能谱。其中，图3中的(a)为图2中的(c)所示区域的元素分布图；图3中的(b)为图2中的(d)所示区域的元素分布图；图3中的(c)为Mn
55
Bi
45
合金的EDS能谱；图3中的(d)为Mn
55
Bi
41
Mg4永磁合金的EDS能谱。
[0020]图4是本专利技术实施例制得的Mn
55
Bi
45
‑
x
Mg
x
(x＝1,2,3,4)永磁合金粉末和对比例制得的Mn
55本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，将Mn、Bi和Mg按照预制比例混合，得到母合金原料；步骤S2，在真空环境和惰性气体保护下，对所述母合金原料进行真空感应熔炼，得到合金锭；步骤S3，将所述合金锭破碎成小块，再次进行所述真空感应熔炼，重熔数次后得到最终合金锭；步骤S4，将所述最终合金锭在真空环境下进行均匀化退火，即得所述具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金，其中，所述预制比例为所述Mn、所述Bi和所述Mg的原子个数比为55：45
‑
x：x，x＝1,2,3,4。2.根据权利要求1所述的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，其特征在于，其中，步骤S1中所述Mn、所述Bi、所述Mg的纯度均≥99.95％。3.根据权利要求1所述的具有高矫顽力的无稀土MnBiMg永磁合金的制备方法，其特征在于，其中，步骤S2中所述真空环境的压力为10
‑4‑
10
‑3Pa，所述惰性气体为高纯氩气。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆伟，陆顺达，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：