[發明專利]一種Mn-Ga合金磁硬化的方法

有效

• 申請號: 201710011067.9
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106816253B
• 公開（公告）日: 2018-07-13
• 發明（設計）人: 路清梅;李晨輝;岳明;張紅國;張東濤
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H01F1/147
• 分類號: H01F1/147;H01F41/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種Mn?Ga合金磁硬化的方法，屬于功能材料領域。本發明首先通過熔煉獲得Mn_xGa(1.0≤x≤3.0)鑄錠，經400～650℃熱處理獲得四方相，四方相合金塊體在300～700℃和30～800MPa壓力下利用放電等離子燒結(SPS)設備進行熱變形，獲得了具有較大矯頑力的錳鎵合金磁體。本發明獲得的Mn?Ga合金磁體具有較高的剩磁，較大的矯頑力，較為優異的磁能積，在永磁領域具有應用潛力。

技術領域

本發明公開了一種磁硬化Mn-Ga合金的方法，屬于功能材料技術領域。

背景技術

永磁材料在在機械、通信、自動化、儀器儀表和醫療衛生等領域應用廣泛，已成為現代工業和科學技術的支撐材料之一。近年來，國際市場稀土價格的劇烈波動以及各國對稀土的調控性使用，使得開發和研究具有高性能、高穩定性的非稀土永磁材料成為國際上的研究熱點。Mn-Ga二元合金由于其豐富的相結構、多樣的內稟磁性及在眾多領域潛在的應用價值而引起了研究者的熱切關注。例如，具有面心四方D0₂₂結構、亞鐵磁有序、高自旋極化率和高居里溫度的Mn₃Ga合金是新型自旋轉移矩(STT)材料的重要候選者之一；而具有低對稱性的四方L1₀-MnGa合金則被預言有成為磁能積最高的新型非稀土永磁材料的潛力。理論計算表明，L1₀-MnGa合金的飽和磁化強度Ms可達116emu/g，其最大理論磁能積(BH)_max則可高達28MGOe，與鈷基稀土永磁材料相當。因此，四方結構的Mn-Ga合金被認為具有在永磁領域應用的潛力。目前，很多研究機構對Mn-Ga合金的制備、相轉變、結構以及內稟磁性進行了研究，并已經獲得了飽和磁化強度達到92emu/g的Mn_1.15Ga合金，但是關于合金的磁硬化方面的研究相對較少。

眾所周知，優異的內稟磁性是獲得高技術磁化特性的基礎和先決條件，但能否將這些性能發揮出來，獲得高的矯頑力，還取決于磁體的磁硬化過程。要發揮錳鎵合金在永磁領域的應用潛力，就必須解決合金磁硬化的問題，尤其是獲得四方單相各向異性Mn-Ga塊體。然而，目前關于錳鎵合金磁硬化的研究僅僅局限在球磨制粉，以及合金粉在石蠟中簡單取向，尚且沒有研究人員得到各向異性磁體。2015年報道德國學者T.Mix,K.-H.Müller等人在5T磁場下取向了石蠟和Mn₅₅Ga₄₅合金粉制成的樣品，觀察到了各向異性。并且發現尺寸小于10μm的顆粒取向度優于尺寸10-30μm顆粒的取向度。上述實驗證明錳鎵合金粉體可以進行取向，但通過混合石蠟得到的樣品密度和磁性能太低不足以在實際中進行應用，如何在不降低磁性能的條件下保留其取向效果成了需要解決的問題。

將合金塑性變形是一種獲得磁硬化的有效途徑，而且已經在稀土永磁合金Nd-Fe-B和Sm-Co中獲得了成功。熱變形法是制造NdFeB系各向異性材料的重要工藝手段之一。放電等離子燒結(SPS)設備具有操作簡單，加熱均勻，升溫速度快，效率高等特點，利用SPS進行熱變形是制備高性能NdFeB材料的有效手段。岳明等人利用SPS熱變形法制備了性能優異的NdFeB各向異性永磁體。但是，目前還沒有通過合金塑性變形得到致密的磁硬化Mn-Ga合金磁體的先例。

由于錳鎵合金相結構豐富，相變復雜，并且不同成分的合金磁性能和塑性不同，因此，Mn-Ga合金熱變形的制備需要嚴格控制熱變形工藝條件。本發明通過細致調控放電等離子燒結過程的升溫速率、保溫溫度、熱變形壓力和加壓時間等條件，成功獲得了具有較大矯頑力和具有一定各向異性的錳鎵塊狀磁體。

發明內容

本發明首先通過熔煉獲得Mn_xGa(1.0≤x≤3.0)鑄錠，經400～650℃熱處理獲得四方相，四方相合金塊體經300～700℃和30～800MPa壓力下利用放電等離子燒結(SPS)設備進行熱變形，獲得了具有較大矯頑力和具有一定各向異性的錳鎵塊狀磁體。

本發明獲得磁硬化的Mn-Ga合金塊體技術如下：