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Mn-Al-C型磁性材料的研究

田瑞婷  
【摘要】:Mn-Al-C系合金因具有低廉的价格、良好的机械加工性能、良好的耐腐蚀性及较好的磁性能等优点而备受关注。合金中的C能稳定铁磁性的τ相,从而提高矫顽力。碳纳米管(CNTs)是一种六环为主的一位纳米材料。本文创新性地用CNTs替换石墨碳,采用X射线衍射仪、扫描电镜,振动样品磁强计、热分析仪等先进检测仪器,对铸态、固溶态、退火态、快淬薄带及粘结磁体的结构及磁性能进行了研究。 试验发现,Mn_(51)Al_(46)(CNTs)3和Mn_(51)Al_(46_C_3合金铸态均由τ主相、富Al的Al_8Mn_5-型结构的γ2枝晶相及结构为β-Mn-型和AlMn3C-型的富Mn相组成。用CNTs替换石墨C没有改变Mn-Al-C合金的物相组成,但CNTs会改变合金的结晶过程与物相的成分与分布,使铸态Mn_(51)Al_(46)(CNTs)_3合金形成了胞状型结构的表面形貌。相同状态下Mn_(51)Al_(46)(CNTs)_3合金的磁性能均比Mn_(51)Al_(46)C_3合金的好。固溶与时效处理使两种合金的磁化强度进一步增加,而Mn_(51)Al_(46)(CNTs)_3合金的磁化强度与剩磁增加幅度更大,其磁性能最高达到矫顽力Hc=1322.6 Oe,剩磁Mr=36.3 emu/g,在20 kOe(2T)外磁场下的磁化强度值M2T=93.8 emu/g。但用CNTs替换石墨C使合金中τ相居里点降低了大约20 oC。 以30 m/s速度快淬的Mn_(51)Al_(46)C_3合金薄带表面表现为细小的枝晶片层状,主相是ε相,另外还有少量的β-Mn-型和γ2-型相,磁性能较低。薄带在500 oC退火1 h后,主相变为τ相,磁性能提高,τ相的居里温度为270.6 oC。退火后的薄带表面形貌变成近等轴状,颗粒尺寸小于2μm。将薄带粉末球磨后主相也为ε相,同时球磨使粉末的晶格畸变度增大,晶粒细化。用球磨粉末做成的粘结磁体退火后的主相均为τ相,并在600 oC退火时得到最大矫顽力值3581.3 Oe。在500 oC退火时最大M2T、Mr与Mr/Ms值分别为73.4 emu/g、39.9 emu/g和0.54。 通过对Mn_(52)Al_(46)(CNTs)_2和Mn_(53)Al_(45)(CNTs)_2的研究发现,相同条件下Mn含量较高的Mn_(53)Al_(45)(CNTs)2合金薄带磁性能稍差。此外还研究了快淬速度对Mn_(52)Al_(46)(CNTs)_2磁性能的影响。随着快淬速度由30 m/s增加到50 m/s,薄带的矫顽力、剩磁和剩磁比都在不断减少。30 m/s的矫顽力最高达到2249.2 Oe。


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