mnbi永磁合金的制备、组织及其性能调控

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1、学校代码：10406分类号：TG273学号：130085204022南昌航空大学硕士学位论文（专业学位研究生）MnBi永磁合金的制备、组织及其性能调控硕士研究生：吴圆导师：钟震晨黄有林申请学位级别：硕士学科、专业：材料工程所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2015年11月授予学位单位：南昌航空大学Thepreparation,Microstruture,andPropertiesforMnBiPermanentMagneticAlloysADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterialsengineeringByY.WUUnd

2、ertheSupervisionofProf.Z.C.ZhongY.L.HuangSchoolofMaterialsScienceandEngineeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaNovember,2015摘要近年来，稀土永磁材料的巨大需求导致稀土资源的过度消耗，新型低稀土或非稀土永磁材料成为研究热点。MnBi作为一种新型非稀土永磁材料，具有较高的矫顽力、适中的饱和磁化强度及磁能积，且具有正矫顽力温度系数这一独特特性，是稀土永磁在中高温环境的潜在替代材料。低温MnBi相经由包晶反应形成，反应过程中总有其它物相的存在。且Mn较易

3、发生偏析，而Bi原子较重，熔炼时易沉积。因此高纯度低温MnBi相的制备存在一定的困难。本文采用电弧熔炼、熔体快淬技术、高能球磨及其后续退火制备高纯度的低温MnBi相。研究了微观组织结构演化及其与性能的关系。首先通过DSC测试，确定了低温MnBi相可在533K-633K的温度范围内形成。SEM、XRD和磁性能分析发现在名义成分的基础上多加额外的Mn有利于低温MnBi相的形成。研究了不同退火温度及时间对样品磁性和组织结构的影响。发现在低温相初始分解温度范围内（653K），低温相的分解程度并不大，反而较高温度所导致的低温MnBi相的形成量要大于其分解量。535K/8h退火条件下，Mn60Bi

4、40+5wt.%成分铸锭的矫顽力可达604kA/m，两步退火535K/6h、613K/5h条件下，磁体剩磁高达38emu/g，近乎其饱和磁化强度的一半。优化了熔体快淬和退火工艺，543K/30min退火条件下，MnBi薄带的剩磁和矫顽力可达98kA/m和17.4emu/g。基于Mn55Bi45+5wt.%成分，优化了铸锭和快淬薄带的退火工艺，613K/8h退火条件下，铸锭的矫顽力和剩磁可达165kA/m和20emu/g。613K/40min退火条件下，快淬薄带的矫顽力和剩磁可达79kA/m和29emu/g，这表明采用熔体快淬工艺和后续退火有效增加了低温MnBi相的含量。基于熔体快淬技术

5、制备的纳米晶MnBi薄带和化学共沉淀技术制备的-Fe，研究制备出了MnBi/-Fe双相复合纳米永磁材料。研究发现，铁离子与硼氢根离子的摩尔比为1：2.5时，获得了完全非晶软磁相。基于此非晶相，制备了MnBi/-Fe双相纳米复合材料。其第二象限退磁曲线显示了单相硬磁相行为，并未出现台阶状形状，表明硬磁相MnBi相和软磁相-Fe之间存在着较强的交换耦合作用。这表明我们成功的制备出了MnBi/-Fe双相纳米复合材料。关键词：锰铋合金，磁性能，熔体快淬，球磨，纳米复合IAbstractThehugedemandsofrareearthpermanentmagneticmaterial

6、sleadtotheexcessiveconsumptionofrareearthresources.Lowrareearthandfree-rareearthpermanentmagneticmaterialshaveturnedintoahottopic.Asnovelfree-rareearthpermanentmagneticmaterials,MnBimagnetshavereceivedmuchattentionduetohighcoercivity,moderatesaturationmagnetization,andpositivecoercivitytemperatu

7、recoefficient.ItishardtoobtainMnBiwithlowtemperaturephase(LTP)contentbecauseoftheperitecticreactionbetweenMnandBi,whereMnphasesstartstoseparateduringsolidificationprocess.Inthiswork,arc-meling,melt-spinningtechnique,highener