[发明专利]一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法

说明书

本发明公开一种无稀土MnAlIn永磁合金及其制备方法。其成分为Mn_50+xAl_50‑x‑yIn_yC_z，其中x＝0～4，y＝1～3，z＝0～3。本发明选择Mn、Al、In和C作为永磁合金的原料，他们不仅具有优异的机械加工性能和良好的耐腐蚀性能，并且成本低廉，制备工艺简单，不需要用复杂的磁场处理；本发明采用高真空快淬工艺使晶粒显著细化，同时经过后续的热处理过程在晶界附近处析出的低熔点In单质可以钉扎畴壁，阻止畴壁的移动，从而有效的提高了合金的矫顽力；本发明综合了热处理、高真空快淬、热压和热变形等多种工艺，在保持较高的饱和磁化强度的条件下，实现了MnAl基永磁合金矫顽力的有效提高。

技术领域

本发明属于永磁合金制备技术领域，涉及一种无稀土MnAl基永磁合金及其制备方法。

背景技术

磁性是物质的基本属性之一，处于不均匀磁场中的任何物质都会受到磁力的作用。物质在磁场中都会受到一定程度上的磁化，根据磁化的难易程度以及磁化过程的可逆程度可将磁性材料分为硬磁材料和软磁材料。硬磁材料又称为永磁材料，是指材料经过磁化后在退去外磁场时还能长时间保留有较强的磁性，其特点是具有高的剩余磁化强度Mr、矫顽力Hc和最大磁能积(BH)max。软磁材料是指材料被磁化后在退去外磁场时其磁性不能长时间保持。其特点是剩余磁化强度和矫顽力都比较低，容易磁化也容易退磁。

永磁材料在我们日常生活中应用非常广泛。比如，在电子信息产业中，永磁材料被广泛应用于磁性存储器，永磁电机等。在医疗领域中，永磁材料被广泛应用于磁共振设备中。在过去20多年里，稀土永磁材料的年产量增长均超过了10％。我国虽然是稀土产量大国，但是稀土资源主要应用国防建设等尖端领域中，它属于战略资源。这使得稀土价格大幅度提升，也限制了稀土永磁材料的未来发展。以铁氧体为代表的无稀土永磁材料虽然具有资源丰富，廉价易得，耐腐蚀性较强等优点而具有广泛的市场。但是永磁铁氧体的综合磁性能较差，远低于以铷铁硼为代表的稀土永磁材料，这无法满足社会的发展和科技的进步对高性能永磁材料的要求。所以世界各国研究者都在致力于寻求无稀土的高性能永磁材料。

无稀土MnAl基永磁合金(又称为τ相MnAl合金)在1958年被Kono和Koch等人首次报道，因其具有较高的磁晶各向异性(10⁷erg/cm³)，较高的矫顽力(大于40kOe)，较低的密度(5.2g/cm³)，优异的耐腐蚀性和良好的机械加工性。尤其是它的成本低廉(不含稀土元素和贵金属)，制备工艺简单。近年来得到国内外研究人员大量研究。

根据二元MnAl合金相图可知MnAl合金中的物相很多，在室温下物相包括τ相(P4/mmm)、ε相(P63/mmc)、β相(P4132)与γ₂相(R3m)等。其中四方的L1₀型结构的τ相是MnAl合金中唯一的磁性相，从MnAl相图上可知其形成区间范围是Mn含量约为50～59at.％。MnAl永磁合金中的τ相是亚稳相，一般可通过从高温ε相中控制冷却速率得到或者淬火高温ε相随后在400～700℃温度下回火一段时间获得。

目前，主要是在MnAl合金中添加过量的Mn或/和掺杂少量其它元素(如C、Ga、Ti、Cu、B、Zn、Cr、Ni等)来增加磁性相的稳定性。该方法主要用于电弧熔炼制备的铸锭和熔体快淬制备的带材样品中，近几年，采用该方法成功获得了具有高纯磁性相且饱和磁化强度接近理论值的MnAl合金。如，T.Mix等人制备了Ga元素掺杂的Mn55Al45-xGax合金，在高达700℃温度下磁性相仍未分解。北京大学J.Z.Wei等人采用熔体快淬获得了饱和磁化强度高达Ms＝126emu/g的Mn54Al46单相合金。他们课题组Z.Y.Shao等人又利用薄带连铸技术制备了饱和磁化强度高达114.0emu/g的Mn56Al44单相铸片。同济大学Z.Xiang等人在B元素掺杂的熔体快淬带材中获得了高达127emu/g的饱和磁化强度。但目前采用此方法得到的磁体的矫顽力比较低，高饱和磁化强度和高矫顽力却难以同时获得，且在热压、热变形后磁性相往往发生分解，矫顽力进一步降低。