[发明专利]一种Mn-Ga合金磁硬化的方法

说明书

一种Mn‑Ga合金磁硬化的方法，属于功能材料领域。本发明首先通过熔炼获得Mn_xGa(1.0≤x≤3.0)铸锭，经400～650℃热处理获得四方相，四方相合金块体在300～700℃和30～800MPa压力下利用放电等离子烧结(SPS)设备进行热变形，获得了具有较大矫顽力的锰镓合金磁体。本发明获得的Mn‑Ga合金磁体具有较高的剩磁，较大的矫顽力，较为优异的磁能积，在永磁领域具有应用潜力。

技术领域

本发明公开了一种磁硬化Mn-Ga合金的方法，属于功能材料技术领域。

背景技术

永磁材料在在机械、通信、自动化、仪器仪表和医疗卫生等领域应用广泛，已成为现代工业和科学技术的支撑材料之一。近年来，国际市场稀土价格的剧烈波动以及各国对稀土的调控性使用，使得开发和研究具有高性能、高稳定性的非稀土永磁材料成为国际上的研究热点。Mn-Ga二元合金由于其丰富的相结构、多样的内禀磁性及在众多领域潜在的应用价值而引起了研究者的热切关注。例如，具有面心四方D0₂₂结构、亚铁磁有序、高自旋极化率和高居里温度的Mn₃Ga合金是新型自旋转移矩(STT)材料的重要候选者之一；而具有低对称性的四方L1₀-MnGa合金则被预言有成为磁能积最高的新型非稀土永磁材料的潜力。理论计算表明，L1₀-MnGa合金的饱和磁化强度Ms可达116emu/g，其最大理论磁能积(BH)_max则可高达28MGOe，与钴基稀土永磁材料相当。因此，四方结构的Mn-Ga合金被认为具有在永磁领域应用的潜力。目前，很多研究机构对Mn-Ga合金的制备、相转变、结构以及内禀磁性进行了研究，并已经获得了饱和磁化强度达到92emu/g的Mn_1.15Ga合金，但是关于合金的磁硬化方面的研究相对较少。

众所周知，优异的内禀磁性是获得高技术磁化特性的基础和先决条件，但能否将这些性能发挥出来，获得高的矫顽力，还取决于磁体的磁硬化过程。要发挥锰镓合金在永磁领域的应用潜力，就必须解决合金磁硬化的问题，尤其是获得四方单相各向异性Mn-Ga块体。然而，目前关于锰镓合金磁硬化的研究仅仅局限在球磨制粉，以及合金粉在石蜡中简单取向，尚且没有研究人员得到各向异性磁体。2015年报道德国学者T.Mix,K.-H.Müller等人在5T磁场下取向了石蜡和Mn₅₅Ga₄₅合金粉制成的样品，观察到了各向异性。并且发现尺寸小于10μm的颗粒取向度优于尺寸10-30μm颗粒的取向度。上述实验证明锰镓合金粉体可以进行取向，但通过混合石蜡得到的样品密度和磁性能太低不足以在实际中进行应用，如何在不降低磁性能的条件下保留其取向效果成了需要解决的问题。

将合金塑性变形是一种获得磁硬化的有效途径，而且已经在稀土永磁合金Nd-Fe-B和Sm-Co中获得了成功。热变形法是制造NdFeB系各向异性材料的重要工艺手段之一。放电等离子烧结(SPS)设备具有操作简单，加热均匀，升温速度快，效率高等特点，利用SPS进行热变形是制备高性能NdFeB材料的有效手段。岳明等人利用SPS热变形法制备了性能优异的NdFeB各向异性永磁体。但是，目前还没有通过合金塑性变形得到致密的磁硬化Mn-Ga合金磁体的先例。

由于锰镓合金相结构丰富，相变复杂，并且不同成分的合金磁性能和塑性不同，因此，Mn-Ga合金热变形的制备需要严格控制热变形工艺条件。本发明通过细致调控放电等离子烧结过程的升温速率、保温温度、热变形压力和加压时间等条件，成功获得了具有较大矫顽力和具有一定各向异性的锰镓块状磁体。

发明内容

本发明首先通过熔炼获得Mn_xGa(1.0≤x≤3.0)铸锭，经400～650℃热处理获得四方相，四方相合金块体经300～700℃和30～800MPa压力下利用放电等离子烧结(SPS)设备进行热变形，获得了具有较大矫顽力和具有一定各向异性的锰镓块状磁体。

本发明获得磁硬化的Mn-Ga合金块体技术如下：