[发明专利]一种高矫顽力锰镓磁粉的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过引入微观应变的方式制备高矫顽力锰镓永磁粉末的方法，属于磁性材料技术领域。

背景技术

永磁材料作为磁性材料的一条重要分支，在电子化时代的今天，渗透到了人们生活中的各个领域，使其发挥着越来越重要的作用。近年来，由于稀土资源需求量的增大造成了稀土资源的严重短缺，价格急剧上涨，使很多学者把研究投入到非稀土元素的磁性材料中，来代替昂贵的稀土金属，以期在实际中得到应用。Mn-Ga合金由于具有不含稀土素、相结构丰富、内禀磁性多样等特点逐渐成为磁性材料领域的热点。关于其制备、磁性能变化和应用价值的研究报道屡见不鲜。研究证实，Mn原子量在50-80at.％的Mn-Ga合金能表现出一定的永磁特性，研究的目标也主要在这一成分范围之内。研究表明，Mn-Ga二元合金磁晶各向异性大、自旋极化率和居里温度高，同时其相结构和磁性能可便捷地通过改变成分和调节制备工艺来调控。以上种种优点使得Mn-Ga合金在永磁、磁记录等方面都存在一定的潜在应用价值。基于Mn-Ga合金结构和性能，目前对它的研究主要集中在两个方面：D0₂₂结构的Mn_xGa((2<x≤3)合金(高锰合金)，以及接近L1₀结构的Mn_xGa(1≤x≤2)合金(低锰合金)。理论计算表明，L1₀-MnGa合金的饱和磁化强度Ms可达116emu/g，其最大理论磁能积(BH)_max则可高达28MGOe，与钴基稀土永磁材料相当。因此，四方结构的Mn-Ga合金被认为具有在永磁领域应用的潜力。一般来说，致密、组织均匀、晶粒细小的显微结构是获得高性能的关键。因此，如何通过调控显微组织结构，获得具有高磁能积的Mn-Ga粉末和磁体，是实现其应用的关键。

尽管L1₀-MnGa的理论磁能积高达28MGOe，但不论是对其粉末还是块体，实现磁硬化的手段都极为有限，获得的矫顽力和磁能积也不高。目前，四方Mn_xGa粉末的磁硬化的唯一途径是通过实现其结构纳米化，即通过熔体快淬或者高能球磨的方法使其晶粒尺寸达到纳米尺度并由此获得矫顽力。如Cui等人[Cui,Marinescu et al.2013]通过高能机械球磨细化晶粒，Wenjie Gong等人[Gong,W.J.,et al.(2015)]通过快淬获得纳米晶，分别获得了具有一定矫顽力的Mn_xGa粉末。然而，上述方法存在一些难以克服的问题：首先，采用这些方法研制的粉末都属于微米级尺寸的纳米晶粉末，无法获得磁各向异性，很难获得高磁能积。其次，采用这些方法极易引发合金相变，而Mn-Ga化合物有立方、六方、四方等晶体结构，但仅有四方D0₂₂/L1₀结构的合金才具有高的综合磁性能。

针对上述情况，我们发明了一种在不改变四方Mn_xGa合金物相和晶粒尺寸的基础上，通过在Mn_xGa合金粉末中引入微观应变而直接获得高矫顽力的新方法。我们还由此首次发现了应力(应变)和矫顽力存在很好的对应关系，对于同成分的合金，应力(应变)越大，矫顽力越高；减小或消除微观应变，矫顽力也随之降低甚至消失(详见附图1-2)。

发明内容

针对上述研究现状，本发明提供了一种通过在Mn_xGa合金粉末中引入微观应变而直接获得高矫顽力方法，具体工艺包括：首先采用悬浮熔炼技术获得Mn_xGa(1.0≤x≤3.0)铸锭，然后经退火处理得到单相四方Mn_xGa合金。将该合金去除表面氧化皮并进行粗破碎后，利用低能介质球磨的方法对破碎铸锭进行球磨处理，获得具有大微观应变和高矫顽力的单相四方Mn_xGa粉末。球磨基本不改变合金的晶体结构和有序度，对晶粒尺寸的影响也不大，但是却显著影响其微观应变，应力诱发的感生磁各向异性为得到高矫顽力的锰镓磁粉提供的基础。

一种通过引入微观应变的方式制备高矫顽力锰镓永磁粉末的方法，其具体制备方法包括以下步骤：

步骤一，将纯度99％以上的金属Mn和Ga按比例称重，利用悬浮熔炼技术在惰性气体保护下获得Mn_xGa铸锭，1.0≤x≤3.0；

步骤二，将步骤一得到的Mn_xGa铸锭放入退火炉中，在真空或惰性气体氛围中选用合适的退火温度、退火时间进行退火处理获得四方相合金铸锭；