不同方法制备MnAl永磁合金的组织及其磁性能研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hyt1217
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稀土永磁因其优异的磁性能广泛应用于各领域,由于稀土元素较高的原材料成本,使得学者们正在积极的寻求与改善非稀土永磁材料的性能,以期望其能够在某些领域对稀土永磁起到一定的替代,减少对稀土的依赖。Mn Al合金作为一种非稀土永磁材料,具有良好的综合磁性能(理论磁能积为12MGOe)、优越的机械加工性、高比强度、高弹性模量、优异的抗腐蚀性和低的成本,使得其潜在应用于风力发电、新能源汽车等领域。作为Mn Al合金体系中唯一的铁磁性相,τ相属亚稳相,其通常由淬火后恒温回火或控制冷却的方法获得,即先由高温非磁性的ε相(hcp结构)通过有序反应形成中间非磁性的ε/相(orthorhombic),最终转变成铁磁性的τ相(fct结构),整个转变是马氏体相变的过程。通过电弧熔炼和熔体快淬技术制备了Mn54Al46合金,发现淬火态熔炼合金的饱和磁化强度Ms可达72.8emu/g,铁磁性τ相的占比约为79wt.%,这表明淬火可有效促进铁磁性τ相的形成,350℃退火0.5h可进一步将τ相含量提升至91wt.%。研究了Mn52Al46C2熔体快淬及热处理工艺,研究发现,400℃退火并未导致τ相形成,退火温度高于500℃可导致大量τ相形成,其中甩带速度15m/s、退火温度及时间分别为500℃和0.5h时,薄带的矫顽力最高,Hci=198k A/m(2481Oe);甩带速度20m/s、退火温度及时间分别为650℃和0.5h时,薄带的剩磁最高,Mr=36.9 emu/g。以正庚烷作为溶剂,油酸和油胺为辅助剂,通过高能球磨技术制备出了具有较高矫顽力的Mn52Al46Cu2粉末。发现随球磨时间的增加,矫顽力呈先增加后减小趋势,其中球磨8h时矫顽力达到最大值,Hci=366k A/m。XRD和TEM研究表明,分布于τ-Mn Al相四周的非晶相因能增加磁隔离作用和增加畴壁的钉扎效应而有助于矫顽力的提高。退火工艺研究表明,400℃650℃退火时能够有效提高粉末的τ相含量,650℃退火时,Ms可达58.4emu/g,这归因于β相和γ2相能通过扩散形成更多的τ-Mn Al相,其中400℃退火0.5h时粉末的综合磁性能最优,矫顽力和饱和磁化强度分别为281k A/m和49.0emu/g。回复曲线研究表明,球磨Mn52Al46Cu2粉末回复曲线的张开与不均匀分布的非晶相、β相和γ2相有关。不均匀分布的物相会引起退磁场分布的不均匀,进而引起磁各向异性的不均匀分布,最终导致回复曲线的张开。基于放电等离子烧结技术,以Mn52Al46C2快淬条带为烧结前驱体,探究不同的烧结工艺对磁性能与微观组织结构的影响。发现随烧结温度的增加,磁性相有所分解,600℃/50MPa/5min烧结条件下,磁体磁性能最为优越,矫顽力与饱和磁化强度分别为:Hci=118k A/m、J3T=0.357T。以放电等离子烧结磁体为前驱体,通过热变形技术制备了高致密度和高性能Mn Al C磁体。研究发现,热变形磁体在垂直和平行于压力方向上的剩磁Jr分别为0.171T和0.134T,其织构度tp=0.216,这表明我们成功制备了各向异性热变形Mn Al C磁体,其垂直于压力方向上的矫顽力可达231k A/m,相比SPS磁体,热变形磁体的剩磁和矫顽力均获得大幅提升。
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