本发明专利技术提供一种低成本无稀土纳米复合永磁材料及其制备方法。低成本无稀土纳米复合永磁材料的化学分子式为Mn53‑xAl45C2Wx/(Fe1‑yCoy)2B。制备方法是：将纯金属原料按Mn53‑xAl45C2Wx合金名义配料，获得母合金锭子，并制成薄带；将快淬带进行真空热处理，获得τ相Mn53‑xAl45C2Wx合金；按照(Fe1‑yCoy)2B合金成分配料，获得母合金锭子，并制成薄带；将热处理后的Mn53‑xAl45C2Wx合金快淬带和(Fe1‑yCoy)2B合金快淬带进行高能球磨，制成纳米晶合金粉末；将获得的纳米复合粉末放电等离子烧结制得全致密的纳米复合永磁材料；将经烧结的纳米复合永磁材料进行热变形，提高取向度，获得低成本无稀土各向异性无稀土纳米复合永磁材料。本发明专利技术制备的永磁材料不含稀土元素，有效降低原料成本，同时工艺简单，易于操作，适合于大规模批量化生产。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁性材料
，尤其涉及一种低成本无稀土纳米复合永磁材料及其制备方法。
技术介绍
高性能永磁材料已广泛应用于军工设备、电声器件、电动机、发电机、计算机硬盘驱动器、音圈电机、核磁共振成像仪、微波通讯技术、控制器、仪表及其他需用永久磁场的装置和设备中。稀土金属间化合物永磁是目前性能最好的永磁材料。如钐钴基磁体的磁能积已超过30MGOe，钕铁硼永磁体的磁能积已达到59.5MGOe。然而，稀土永磁材料由于其高额的原材料成本使得这些高性能的磁体价格昂贵。同时，由于中国近年来对稀土产业实行出口配额和上调出口关税等宏观调控政策导致其价格上涨，因此开发成本低廉的无稀土永磁是我国磁性材料产业降低成本、增强竞争力和可持续发展的必然选择。无稀土锰铝合金(Mn-Al)是不含稀缺贵重材料（如稀土和镍、钴等）的永磁合金，因此价格低廉。Mn-Al二元合金中的铁磁性τ相MnAl合金具有较强的单轴磁晶各向异性，易磁化轴为[001]轴，K1=1.5MJ/m3，Ms=114Am2/kg，Tc=650K。MnAl合金的理论最大磁能积(BH)max=12MGOe，理论密度为5200kg/m3，具有很高的单位重量磁能积，便于实现磁路轻量化。MnAl合金的磁性能优于常用的铁氧体和铝镍钴合金，而低于稀土永磁，它能够填补稀土永磁和铁氧体永磁性能上的缺口，部分取代性能介于两者之间的永磁产品。同时原料Mn和Al元素资源储量丰富，价格低廉，因此，MnAl合金是一种很有发展潜力的低成本永磁材料。MnAl合金中τ-MnAl相为亚稳相，而且它的磁学性能对其微观结构和缺陷分布等特别敏感，因此，如何制备出高性能Mn-Al永磁材料一直是研究领域的难题。研究表明C元素能有效增强τ-MnAl合金的稳定性，此外C元素的加入还能进一步提高MnAl合金的切削加工性能和磁性能。然而，到目前为止，实际应用中的Mn-Al-C永磁的磁性能与其理论值还有较大的差距。一方面，在MnAl铁磁相中，由于Al原子没有磁矩，所以该合金的磁化强度比较低。(Fe,Co)2B合金具有高的磁化强度，并且当Co含量为10%~50%时，合金具有单轴磁晶各向异性。本专利技术将MnAl合金作为硬磁相，(Fe,Co)2B合金作为半硬磁相制备复合磁体，有望进一步提高MnAl合金的永磁性能。另一方面，研究表明，Mn-Al永磁合金经温热变形后磁性能可以显著提高，这主要是由形变引起晶体易磁化轴的定向排列而形成各向异性MnAl永磁体。利用放电等离子热压热变形技术制备MnAl纳米复合永磁体，在保证磁体纳米晶的前提下实现致密化，同时使磁体的织构度显著提高，最终获得高性能纳米复合永磁材料。
技术实现思路
本专利技术首先要解决的技术问题是，克服和弥补现有技术的不足，提供一种低成本无稀土纳米复合永磁材料。为此，本专利技术采用以下技术方案：低成本无稀土纳米复合永磁材料的化学分子式为Mn53-xAl45C2Wx/(Fe1-yCoy)2B，其中W为Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一种或几种，x为W元素的原子百分数，x满足关系式：0≤x≤3，y为Co元素的原子百分数，y满足关系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1-yCoy)2B和Mn53-xAl45C2Wx的重量百分比z满足关系式：0＜z≤0.3。进一步地，所述低成本无稀土纳米复合永磁材料的组成元素包括Mn、Al、C、Ti、Cu、Ni、Zr、Fe、Co、B，这些原料的纯度是99.9％～99.999％。本专利技术所要解决的另一个技术问题是提供一种低成本无稀土纳米复合永磁材料的制备方法，包括如下步骤：(1) 将纯金属原料按Mn53-xAl45C2Wx合金名义成分以原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料进行真空熔炼，将合金反复熔炼3~5次获得成分均匀的母合金锭子，然后在快淬炉中制成薄带；(2) 将步骤（1）中得到的Mn53-xAl45C2Wx快淬带进行真空热处理，获得τ相Mn53-xAl45C2Wx合金；(3) 按照(Fe1-yCoy)2B合金成分称量各元素原料进行配料，将称得的目标成分原料进行真空熔炼，将合金反复熔炼3~5次获得成分均匀的母合金锭子，然后在快淬炉中制成薄带；(4) 将热处理后的Mn53-xAl45C2Wx合金快淬带和(Fe1-yCoy)2B合金快淬带进行高能球磨，制成相应的纳米晶合金粉末；(5) 将Mn53-xAl45C2Wx和(Fe1-yCoy)2B纳米晶合金粉末按一定比例混合，获得均匀混合的复合粉末；(6) 将获得的纳米复合粉末放入硬质合金模具中进行放电等离子烧结制得全致密的纳米复合永磁材料；(7) 将经烧结的纳米复合永磁材料进行热变形，提高取向度，获得低成本无稀土各向异性无稀土纳米复合永磁材料。所述的腔体气压为0.05MPa，喷射压力差为0.05~0.10MPa，辊轮的线速度为10~50m/s。所述的快淬薄带的厚度为10µm~220µm，宽度为2mm~8mm。所述的真空热处理的具体工艺参数为：热处理温度550~750℃，保温时间10~60min。所述的放电等离子烧结的具体工艺参数为：烧结温度500~800℃，压力30~500MPa，升温速率30~100℃/min，烧结保温时间1~5min。所述的热变形工艺参数为：温度500~800℃，压力100~400MPa。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1）本专利技术以Mn-Al-C合金作为硬磁材料，不含稀土和其他贵重元素，原料来源丰富，价格低，能有效降低成本，并促进中低档产品的开发；2）本专利技术利用单辊快淬技术，在快速冷却的过程中获得高温ε-MnAl相后，结合真空热处理得到铁磁性τ-MnAl相，制备工艺简单；3）本专利技术选取具有较高饱和磁化强度和磁晶各向异性的(FeCo)2B半硬磁相作为第二相与Mn-Al-C组成复合磁体，一方面可以提高复合体系的磁化强度，另一方面半硬磁相的磁晶各向异性也可以对体系总体的磁晶各向异性能做出贡献，从而显著提高磁体的磁能积；4）本专利技术通过放电等离子热压工艺制备纳米复合磁体，能有效控制复合磁性晶粒间的界面反应，并能抑制纳米晶粒的长大，极大提高磁体的致密度；5）本专利技术复合利用放电等离子热压热变形工艺，在保证磁体良好组织结构的前提下，显著提高磁体的取向度，有利于实现各向异性高性能MnAl纳米复合磁体的制备。因此，通过本专利技术可以制备出高性能的低成本无稀土纳米复合永磁材料。具体实施方式下面将结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。实施例 1：(1) 采用纯度为99.9%的电解锰，纯度为99.9%的Al，纯度为99.9%的分析碳为原料，按照Mn53Al45C2成分配料。采用感应熔炼，将Mn，Al，C混合原料熔炼为一个合金铸锭，再采用电弧反复熔炼4次，以保证合金的均匀性。把获得的Mn53Al45C2母合金锭子破碎成小块，并置于酒精中超声波清洗。将清洗过的小块合金装入下端开口且尺寸为5.0mm×0.7mm矩形口的石英管中，抽取真空至3.6×10-3Pa，并在腔体内充入高纯氩气保护，采用高频感应线圈加热使其熔化，调节电流至15A，感应温度为1250℃，熔炼3min后用高纯氩气把熔融的合金液喷射到高速旋转的铜辊上，迅速凝固并借助离心力抛离辊面，得到连续薄带。铜辊线速度为30m/s，腔体气压为0.05MPa，喷射压力本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低成本无稀土纳米复合永磁材料，其特征在于：其化学分子式为Mn53‑xAl45C2Wx/(Fe1‑yCoy)2B，其中W为Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一种或几种，x为W元素的原子百分数，x满足关系式：0≤x≤3，y为Co元素的原子百分数，y满足关系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1‑yCoy)2B和Mn53‑xAl45C2Wx的重量百分比z满足关系式：0＜z≤0.3。
【技术特征摘要】
1.一种低成本无稀土纳米复合永磁材料，其特征在于：其化学分子式为Mn53-xAl45C2Wx/(Fe1-yCoy)2B，其中W为Ti、Cu、Ni、Zr元素中的一种或几种，x为W元素的原子百分数，x满足关系式：0≤x≤3，y为Co元素的原子百分数，y满足关系式：0＜y≤0.5；其中(Fe1-yCoy)2B和Mn53-xAl45C2Wx的重量百分比z满足关系式：0＜z≤0.3。2.根据权利要求1所述的一种低成本无稀土纳米复合永磁材料，其特征在于：所述低成本无稀土纳米复合永磁材料的组成元素包括Mn、Al、C、Ti、Cu、Ni、Zr、Fe、Co、B，这些原料的纯度是99.9％～99.999％。3.一种如权利要求1所述的低成本无稀土纳米复合永磁材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1) 将纯金属原料按Mn53-xAl45C2Wx合金名义成分以原子百分含量称量配料，将称得的目标成分原料进行真空熔炼，将合金反复熔炼3~5次获得成分均匀的母合金锭子，然后在快淬炉中制成薄带；(2) 将步骤（1）中得到的Mn53-xAl45C2Wx薄带进行真空热处理，获得τ相Mn53-xAl45C2Wx合金；(3) 按照(Fe1-yCoy)2B合金成分称量各元素原料进行配料，将称得的目标成分原料进行真空熔炼，将合金反复熔炼3~5次获得成分均匀的母合金锭子，然后在快淬炉中制成薄带；(4) 将热处理后的Mn53-xAl45C2Wx合金快淬带和(Fe1-yCoy...
【专利技术属性】
技术研发人员：张朋越，陶姗，葛洪良，刘晓刚，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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