获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，先将原料金属（Mn、Sb和稀土元素RE或高熔点元素M）粉末进行球磨，然后压制成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的坯块，再按粉末冶金法制成一定化学元素组成的多元系合金RE-Mn-Sb或M-Mn-Sb。该法制备得到的最后合金的成分与预设目标成分基本一致（偏离度小于3%），成分均匀、致密度较高，而且根据需要还可通过不同的热处理工艺提高和改善其结构性能。我国有丰富的稀土资源和Sb矿产资源，推广应用本发明可高效利用稀土和Sb矿产资源，带来良好的经济效益，同时也能满足企业对金属合金产品的基本要求。
【专利说明】获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于Mn-Sb基合金【技术领域】，尤其涉及一种获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法。
【背景技术】
[0002]我国是世界上稀土拥有大国，稀土保守存储量世界第一。稀土元素因其独特的原子结构而具有奇特的电、磁、光等性能，广泛应用于稀土永磁材料、超导材料、稀土发光材料、磁光存储材料、磁致伸缩材料等方面，是尖端科技领域必不可少的微量元素。现代科技发展日新月异，人们对材料性能的要求越来越高，特别是金属合金材料，它是改变和决定材料产品性能的决定因素。近年来，Mn-Sb基合金材料因其卓越的性能而广受关注，如NiMnSbXoMnSb和Co2MnSb都是优异的赫斯勒合金材料。传统合成金属合金材料的方法有电弧熔炼法或高频感应法等，其中电弧熔炼法是最常用的方法，其操作简单、合成样品成分较为均匀、致密，但是由于熔炼过程中Mn、Sb金属都非常容易挥发，而且挥发量没有固定比例，每次熔炼的挥发量都不同，造成最后合金成分偏离预设目标配制成分，且偏离度较大，一般在10~50at.%，有时达70at.%，甚至Mn、Sb完全挥发，得到的最后合金中没有Mn、Sb元素。虽然采用高频感应法得到的合金成分偏离较小，但是不能熔炼Cr、V等熔点较高的金属或者出现熔炼不均匀、合金中存在未被熔透的金属单质等问题。何建贤(Ho-Mn-Sb与Nd-Zr-Si三元系合金相图500°C等温截面，广西大学硕士论文，2011年7月)用粉末压片制备Ho-Mn-Sb合金样品，准备好的200-300目的材料称量后，把各个样品放入玛瑙钵中均匀搅拌几分钟，然后把搅拌均匀后的样品缓慢倒入压片机模具中，再给样品加压(12MPa)，过一到两分钟取出。该法制备的样品致密度不及熔炼得到的样品，而且样品的反应速度慢，甚至反应量极小，仍然存在金属单质、得不到所需合金，所以粉末冶金法对制备需要在较高温度形成化合物的合金样品并不理想。然而，如果提高样品的热处理温度又会使样品挥发量增大，也会造成样品成分偏离。
【发明内容】
[0003]本发明要解决的技术问题是提供一种获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，用于易挥发与难熔金属合成制备Mn-Sb合金。
[0004]为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案:获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，先将原料金属粉末进行球磨，然后压制成坯块，再按粉末冶金法制成合金X-Mn-Sb ；X为稀土元素RE或高熔点元素M。
[0005]稀土兀素RE 是 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc 或 Y ;
高熔点元素 M 是 T1、V、Cr、Fe、Co、N1、Zr、Nb 或 Mo。
[0006]Mn-Sb兀素总和占合金X-Mn-Sb的原子百分比大于Iat.%。
[0007]上述获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，包括以下步骤:
[0008]〈1>球磨原料
[0009]按计量称量各原料金属粉末，混合后采用行星式球磨机进行球磨；
[0010]〈2>制作坯块
[0011]将步骤〈1>球磨后的金属粉末采用压片机压制成坯块；
[0012]〈3>制备合金
[0013]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管，或者将坯块放在惰性气体气氛环境中，加热升温至适当高温，保温足够时间，然后缓慢降至室温，即得RE-Mn-Sb基合金或M-Mn-Sb基合金。
[0014]步骤〈1>中金属粉末的粒度小于200目，球磨在惰性气体、真空环境或空气中进行。
[0015]步骤〈2>中压制的压强为14MPa，坯块为圆柱形。
[0016]步骤〈3>中升温保温过程按以下方式进行:以5-40°C /min的速度升温到400-750°C，保温20-48小时，然后再加热升温至900-1000°C的高温，保温100-240小时，然后缓慢降至500°C保温50-72小时最后降到室温。
[0017]针对目前Mn-Sb基合金制备存在的问题，发明人建立了一种获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法,先将原料金属(Mn、Sb和稀土元素RE或高熔点元素M)粉末进行球磨，然后压制成具有一定形状、尺寸、孔隙度和强度的坯块，再按粉末冶金法制成一定化学元素组成的多元系合金RE-Mn-Sb或M-Mn-Sb。该法制备得到的最后合金的成分与预设目标成分基本一致(偏离度小于3%)，成分均匀、致密度较高，而且根据需要还可通过不同的热处理工艺提高和改善其结构性能。我国有丰富的稀土资源和Sb矿产资源，推广应用本发明可高效利用稀土和Sb矿产资源，带来良好的经济效益，同时也能满足企业对金属合金产品的基本要求。
【具体实施方式】
[0018]实施例1
[0019]〈1>球磨原料
[0020]按计量(见表1)称量各原料金属粉末Co粉、Mn粉、Sb粉(纯度为99.99wt.%，粒度均小于200目)，混合后放到球磨罐中并通入足量的氩气作为保护气体，确保罐中气体均为氩气后密封球磨罐，采用行星式球磨机进行球磨，转速为450转/分，球磨30小时；〈2>制作坯块
[0021]将步骤〈1>球磨后的金属粉末采用压片机压制(压强为14MPa)成致密的圆柱形坯块；〈3>制备合金
[0022]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以20°C /min的速度升温到650°C，保温48小时，然后再加热升温至1000°C的高温，保温240小时，然后缓慢降至500°C保温72小时，最后淬火到室温，即得I号合金试样。
[0023]同法制备2号、3号合金试样。
[0024]实施例2
[0025]〈1>球磨原料
[0026]基本同实施例1。
[0027]<2>制作坯块
[0028]基本同实施例1。
[0029]<3>制备合金
[0030]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以5°C /min的速度升温到750°C，保温48小时，然后再加热升温至1000°C的高温，保温240小时，然后缓慢降至500°C保温72小时，最后淬火到室温，即得4号合金试样。
[0031]同法制备5号、6号合金试样。
[0032]实施例3
[0033]〈1>球磨原料
[0034]基本同实施例1。
[0035]<2>制作坯块
[0036]基本同实施例1。
[0037]<3>制备合金
[0038]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以40°C /min的速度升温到400°C，保温72小时，然后再加热升温至1000°C的高温，保温192小时，然后缓慢降至500°C保温72小时， 最后淬火到室温，即得7号合金试样。
[0039]实施例4
[0040]〈1>球磨原料
[0041]基本同实施例1。
[0042]<2>制作坯块
[0043]基本同实施例1。
[0044]<3>制备合金
[0045]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以30°C /min的速度升温到650°C，保温30小时，然后再加热升温至950°C的高温，保温150小时，然后缓慢降至500°C保温50小时，最后缓慢降至室温，即得8号合金试样。
[0046]同法制备9号合金试样。
[0047]实施例5
[0048]〈1>球磨原料
[0049]基本同实施例1。
[0050]<2>制作坯块
[0051]基本同实施例1。
[0052]<3>制备合金
[0053]将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以10°C /min的速度升温到700°C，保温20小时，然后再加热升温至950°C的高温，保温100小时，然后缓慢降至500°C保温60小时，最后随炉冷却至室温，即得10号合金试样。
[0054]同法制备11号合金试样。
[0055]采用带能谱的扫描电子显微镜(SEM/EDS)对各实施例制备的合金试样作合金成分分析，结果表明(见表1 )，最后合金实际成分与预设目标成分基本一致。
[0056]表1实施实例I至5合金的原始配比成分与用SEM/EDS实测得到的合金总成分
[0057]
【权利要求】
1.一种获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:先将原料金属粉末进行球磨，然后压制成还块，再按粉末冶金法制成合金X-Mn-Sb ;所述X为稀土元素RE或高熔点元素M。
2.根据权利要求1所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:所述稀土元素 RE 是 La、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Sc 或 Y ;所述高熔点元素 M 是 T1、V、Cr、Fe、Co、N1、Zr、Nb 或 Mo。
3.根据权利要求2所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:所述Mn-Sb元素总和占合金X-Mn-Sb的原子百分比大于Iat.%。
4.根据权利要求3所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于包括以下步骤: 〈1>球磨原料 按计量称量各原料金属粉末，混合后采用行星式球磨机进行球磨； <2>制作坯块 将步骤〈1>球磨后的金属粉末采用压片机压制成坯块； <3>制备合金 将步骤〈2>制成的坯块放入石英管中，抽真空石英管，或者将坯块放在惰性气体气氛环境中，加热升温至适当高温，保温足够时间，然后缓慢降至室温，即得RE-Mn-Sb基合金或M-Mn-Sb基合金。
5.根据权利要求4所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:步骤<1>中金属粉末的粒度小于200目，球磨在惰性气体、真空环境或空气中进行。
6.根据权利要求4所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:步骤〈2>中压制的压强为14MPa,JS块为圆柱形。
7.根据权利要求4所述的获得成分准确的Mn-Sb基合金制备方法，其特征在于:步骤<3>中升温保温过程按以下方式进行:以5-40°C /min的速度升温到400_750°C，保温20-48小时，然后再加热升温至900-1000°C的高温，保温100-240小时，然后缓慢降至500°C保温50-72小时再降至室温。
【文档编号】C22C22/00GK104073664SQ201410134016
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年4月1日 优先权日:2014年4月1日
【发明者】何维, 姚路, 杨通晗, 陈国坚 申请人:广西大学