MnBi永磁合金的制备及其磁化行为研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yanxiant
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近年来,稀土永磁材料的巨大需求导致稀土资源的过度消耗,新型低稀土或低稀土永磁材料成为研究热点。MnBi合金作为一种新型的无稀土永磁材料,具有较高的矫顽力,适中的饱和磁化强度及磁能积,且在一定范围内具有正矫顽力温度系数,成为中高温应用的潜在永磁材料。本文系统研究了成分、铸锭热处理及球磨工艺条件对合金微结构和磁性能的影响,以期获得高性能MnBi永磁合金,并对MnBi/NdFeB复合磁体的磁化行为进行了重点研究。具体内容:(1)球磨工艺对MnBi合金磁性能的影响为了提高MnBi(LTP)低温相成分及其磁性能,采用“电弧熔炼法+高能球磨”的方法制备MnBi永磁合金。合金成分以及球磨时间是决定合金磁性能的重要因素。基于正交分析法优化条件,表明影响MnBi合金内禀矫顽力的主要因素为Mn的含量,次要影响因素是球磨时间。最佳制备条件为合金成分Mn50Bi50、球磨时长2 h,此时获得样品的内禀矫顽力为1026.3 k A/m,且具有优良的高温特性,在450 K时其内禀矫顽力高达1680k A/m。磁化曲线研究表明,MnBi合金在室温和高温的矫顽力机理均属于成核反磁化机制。(2)非稀土元素掺杂对MnBi合金磁性能的影响元素掺杂是提高MnBi合金永磁性能的重要手段。在上述优化制备条件基础上,探究非稀土元素Ga、Nb掺杂对MnBi合金微结构和磁性能的影响。结果表明,随着Ga含量的增加,MnBi合金的饱和磁化强度下降,内禀矫顽力呈上升趋势,取向度从0.74增至0.79。说明Ga掺杂后合金的磁晶各向异性增强。MnBi合金掺杂Nb元素后,MnBi低温相含量增加,饱和磁化强度也相应提高。(3)铸锭预退火对MnBi合金微结构和磁性能的影响MnBi合金铸锭经预退火后球磨,MnBi低温相增加,合金的饱和磁化强度大幅提高,而内禀矫顽力几乎保持不变。XRD表明退火时间为12h时,IMnBi(101)/IBi(012)的比值达到最大,MnBi低温相含量最高,合金的饱和磁化强度最大。(4)MnBi/NdFeB纳米复合永磁材料的磁化行为研究采用高能球磨方法将MnBi和Fe3B/Nd2Fe14B合金在纳米尺度进行复合,研究了MnBi/Fe3B/Nd2Fe14B合金纳米复合材料的微结构和磁性能。从XRD和TMA曲线看出,Mn55Bi45和Nd4.5Fe76.5Nb0.5B18.5合金高能球磨后,其相组成为MnBi低温相、Bi相以及Nd2Fe14B、Fe3B和少量α-Fe相。Mn55Bi45和Nd4.5Fe76.5Nb0.5B18.5合金复合后的样品磁滞回线呈单一硬磁相行为,其内禀矫顽力随着Mn55Bi45含量的增加呈现先增加后减少的趋势。δM和d D(H)/d H-H曲线表明,与40%Mn55Bi45/60%Nd4.5Fe76.5Nb0.5B18.5样品相比,60%Mn55Bi45/40%Nd4.5Fe76.5Nb0.5B18.5样品的交换作用较弱,导致样品内禀矫顽力降低。40%Mn55Bi45/60%Nd4.5Fe76.5Nb0.5B18.5样品在298 K到350 K温度范围内呈现正的温度系数。
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