新型MnBi永磁体的结构和磁性能的研究

• 作 者: 耿文甜
• 机 构: 北京工业大学
• 出 处: 北京工业大学
• 发表日期: 2013年期
• 关键词: 混合粘结磁体 纳米晶 永磁体 磁性能 相结构

Nd-Fe-B和Sm-Fe-N是目前广泛应用的两类粘结磁体，但二者都具有较大的负矫顽力温度系数，限制了磁体在较高温度的应用。而MnBi合金具有正的矫顽力温度系数以及较好的磁性能，在近年来得到广泛关注。本文从实用化角度，采用两种工艺流程，分别制备了成相较好的MnBi磁粉，研究了不同成分配比及熔体快淬、球磨方式和球磨时间对磁粉的结构以及磁性能的影响，并对MnBi/NdFeB、MnBi/SmFeN复合粘结磁体进行了研究。另外，为了开发MnBi合金作为永磁材料的潜力，研究了不同含量及粒度的Co元素添加对MnBi低温相的居里温度、磁性能及微观结构的影响。　　采用X射线衍射仪分析MnBi磁粉的晶体结构和相结构。采用差示扫描量热仪分析Co元素添加对MnBi低温相相变温度的影响。采用扫描电子显微镜观察磁体的微观结构。对复合粘结磁体，采用振动样品磁强计测试室温以及高温下的磁性能，并与纯粘结磁体进行对比。采用物理性能测试系统测试Co元素添加后MnBi磁性能的变化。　　研究发现，对退火铸锭采用“鄂式破碎—盘磨—湿法滚动球磨”的工艺流程，能得到矫顽力约1T的高矫顽力磁粉，为批量工业化生产提供了重要依据。采用“快淬—热处理—高能球磨”的工艺，能更有效的抑制Mn的偏析，提高低温相的含量。后者制备得到的MnBi磁粉低温相的纯度大于90％，剩磁大于30.01emu/g，矫顽力大于1.1T。对复合粘结磁体而言，其高温磁性能相对于纯的粘结磁体有较大提高。60wt.％MnBi含量的MnBi/SmFeN复合粘结磁体，373K时的矫顽力比纯的粘结磁体提高30％; MnBi/NdFeB复合粘结磁体的矫顽力温度系数随MnBi含量的增加有显著的改善。　　对Co元素添加前后的MnBi合金研究发现，不同粒径的Co添加均能实现Co的掺入，纳米尺寸的Co粉更易进入MnBi的晶格结构中，但同时也会引起Mn单质的析出。随Co掺加量的增加，混合球磨粉的饱和磁化强度、剩磁均逐渐下降，同时磁粉的矫顽力却得到极大提高，掺加10at.％的微米Co粉后合金磁粉的矫顽力较纯MnBi磁粉提高91.6％。另外，Co原子的加入使低温相向高温相的转变温度提高了约25℃。