獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，先將原料金屬（Mn、Sb和稀土元素RE或高熔點(diǎn)元素M）粉末進(jìn)行球磨，然后壓制成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯塊，再按粉末冶金法制成一定化學(xué)元素組成的多元系合金RE-Mn-Sb或M-Mn-Sb。該法制備得到的最后合金的成分與預(yù)設(shè)目標(biāo)成分基本一致（偏離度小于3%），成分均勻、致密度較高，而且根據(jù)需要還可通過(guò)不同的熱處理工藝提高和改善其結(jié)構(gòu)性能。我國(guó)有豐富的稀土資源和Sb礦產(chǎn)資源，推廣應(yīng)用本發(fā)明可高效利用稀土和Sb礦產(chǎn)資源，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能滿足企業(yè)對(duì)金屬合金產(chǎn)品的基本要求。
【專利說(shuō)明】獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于Mn-Sb基合金【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)是世界上稀土擁有大國(guó)，稀土保守存儲(chǔ)量世界第一。稀土元素因其獨(dú)特的原子結(jié)構(gòu)而具有奇特的電、磁、光等性能，廣泛應(yīng)用于稀土永磁材料、超導(dǎo)材料、稀土發(fā)光材料、磁光存儲(chǔ)材料、磁致伸縮材料等方面，是尖端科技領(lǐng)域必不可少的微量元素?，F(xiàn)代科技發(fā)展日新月異，人們對(duì)材料性能的要求越來(lái)越高，特別是金屬合金材料，它是改變和決定材料產(chǎn)品性能的決定因素。近年來(lái)，Mn-Sb基合金材料因其卓越的性能而廣受關(guān)注，如NiMnSbXoMnSb和Co2MnSb都是優(yōu)異的赫斯勒合金材料。傳統(tǒng)合成金屬合金材料的方法有電弧熔煉法或高頻感應(yīng)法等，其中電弧熔煉法是最常用的方法，其操作簡(jiǎn)單、合成樣品成分較為均勻、致密，但是由于熔煉過(guò)程中Mn、Sb金屬都非常容易揮發(fā)，而且揮發(fā)量沒(méi)有固定比例，每次熔煉的揮發(fā)量都不同，造成最后合金成分偏離預(yù)設(shè)目標(biāo)配制成分，且偏離度較大，一般在10~50at.%，有時(shí)達(dá)70at.%，甚至Mn、Sb完全揮發(fā)，得到的最后合金中沒(méi)有Mn、Sb元素。雖然采用高頻感應(yīng)法得到的合金成分偏離較小，但是不能熔煉Cr、V等熔點(diǎn)較高的金屬或者出現(xiàn)熔煉不均勻、合金中存在未被熔透的金屬單質(zhì)等問(wèn)題。何建賢(Ho-Mn-Sb與Nd-Zr-Si三元系合金相圖500°C等溫截面，廣西大學(xué)碩士論文，2011年7月)用粉末壓片制備Ho-Mn-Sb合金樣品，準(zhǔn)備好的200-300目的材料稱量后，把各個(gè)樣品放入瑪瑙缽中均勻攪拌幾分鐘，然后把攪拌均勻后的樣品緩慢倒入壓片機(jī)模具中，再給樣品加壓(12MPa)，過(guò)一到兩分鐘取出。該法制備的樣品致密度不及熔煉得到的樣品，而且樣品的反應(yīng)速度慢，甚至反應(yīng)量極小，仍然存在金屬單質(zhì)、得不到所需合金，所以粉末冶金法對(duì)制備需要在較高溫度形成化合物的合金樣品并不理想。然而，如果提高樣品的熱處理溫度又會(huì)使樣品揮發(fā)量增大，也會(huì)造成樣品成分偏離。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，用于易揮發(fā)與難熔金屬合成制備Mn-Sb合金。
[0004]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，先將原料金屬粉末進(jìn)行球磨，然后壓制成坯塊，再按粉末冶金法制成合金X-Mn-Sb ；X為稀土元素RE或高熔點(diǎn)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 ;
高熔點(diǎn)元素 M 是 T1、V、Cr、Fe、Co、N1、Zr、Nb 或 Mo。
[0006]Mn-Sb兀素總和占合金X-Mn-Sb的原子百分比大于Iat.%。
[0007]上述獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，包括以下步驟:
[0008]〈1>球磨原料
[0009]按計(jì)量稱量各原料金屬粉末，混合后采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨；
[0010]〈2>制作坯塊
[0011]將步驟〈1>球磨后的金屬粉末采用壓片機(jī)壓制成坯塊；
[0012]〈3>制備合金
[0013]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管，或者將坯塊放在惰性氣體氣氛環(huán)境中，加熱升溫至適當(dāng)高溫，保溫足夠時(shí)間，然后緩慢降至室溫，即得RE-Mn-Sb基合金或M-Mn-Sb基合金。
[0014]步驟〈1>中金屬粉末的粒度小于200目，球磨在惰性氣體、真空環(huán)境或空氣中進(jìn)行。
[0015]步驟〈2>中壓制的壓強(qiáng)為14MPa，坯塊為圓柱形。
[0016]步驟〈3>中升溫保溫過(guò)程按以下方式進(jìn)行:以5-40°C /min的速度升溫到400-750°C，保溫20-48小時(shí)，然后再加熱升溫至900-1000°C的高溫，保溫100-240小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫50-72小時(shí)最后降到室溫。
[0017]針對(duì)目前Mn-Sb基合金制備存在的問(wèn)題，發(fā)明人建立了一種獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法,先將原料金屬(Mn、Sb和稀土元素RE或高熔點(diǎn)元素M)粉末進(jìn)行球磨，然后壓制成具有一定形狀、尺寸、孔隙度和強(qiáng)度的坯塊，再按粉末冶金法制成一定化學(xué)元素組成的多元系合金RE-Mn-Sb或M-Mn-Sb。該法制備得到的最后合金的成分與預(yù)設(shè)目標(biāo)成分基本一致(偏離度小于3%)，成分均勻、致密度較高，而且根據(jù)需要還可通過(guò)不同的熱處理工藝提高和改善其結(jié)構(gòu)性能。我國(guó)有豐富的稀土資源和Sb礦產(chǎn)資源，推廣應(yīng)用本發(fā)明可高效利用稀土和Sb礦產(chǎn)資源，帶來(lái)良好的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也能滿足企業(yè)對(duì)金屬合金產(chǎn)品的基本要求。

【具體實(shí)施方式】
[0018]實(shí)施例1
[0019]〈1>球磨原料
[0020]按計(jì)量(見(jiàn)表1)稱量各原料金屬粉末Co粉、Mn粉、Sb粉(純度為99.99wt.%，粒度均小于200目)，混合后放到球磨罐中并通入足量的氬氣作為保護(hù)氣體，確保罐中氣體均為氬氣后密封球磨罐，采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨，轉(zhuǎn)速為450轉(zhuǎn)/分，球磨30小時(shí)；〈2>制作坯塊
[0021]將步驟〈1>球磨后的金屬粉末采用壓片機(jī)壓制(壓強(qiáng)為14MPa)成致密的圓柱形坯塊；〈3>制備合金
[0022]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以20°C /min的速度升溫到650°C，保溫48小時(shí)，然后再加熱升溫至1000°C的高溫，保溫240小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫72小時(shí)，最后淬火到室溫，即得I號(hào)合金試樣。
[0023]同法制備2號(hào)、3號(hào)合金試樣。
[0024]實(shí)施例2
[0025]〈1>球磨原料
[0026]基本同實(shí)施例1。
[0027]<2>制作坯塊
[0028]基本同實(shí)施例1。
[0029]<3>制備合金
[0030]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以5°C /min的速度升溫到750°C，保溫48小時(shí)，然后再加熱升溫至1000°C的高溫，保溫240小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫72小時(shí)，最后淬火到室溫，即得4號(hào)合金試樣。
[0031]同法制備5號(hào)、6號(hào)合金試樣。
[0032]實(shí)施例3
[0033]〈1>球磨原料
[0034]基本同實(shí)施例1。
[0035]<2>制作坯塊
[0036]基本同實(shí)施例1。
[0037]<3>制備合金
[0038]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以40°C /min的速度升溫到400°C，保溫72小時(shí)，然后再加熱升溫至1000°C的高溫，保溫192小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫72小時(shí)， 最后淬火到室溫，即得7號(hào)合金試樣。
[0039]實(shí)施例4
[0040]〈1>球磨原料
[0041]基本同實(shí)施例1。
[0042]<2>制作坯塊
[0043]基本同實(shí)施例1。
[0044]<3>制備合金
[0045]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以30°C /min的速度升溫到650°C，保溫30小時(shí)，然后再加熱升溫至950°C的高溫，保溫150小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫50小時(shí)，最后緩慢降至室溫，即得8號(hào)合金試樣。
[0046]同法制備9號(hào)合金試樣。
[0047]實(shí)施例5
[0048]〈1>球磨原料
[0049]基本同實(shí)施例1。
[0050]<2>制作坯塊
[0051]基本同實(shí)施例1。
[0052]<3>制備合金
[0053]將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管(10_3Pa)，以10°C /min的速度升溫到700°C，保溫20小時(shí)，然后再加熱升溫至950°C的高溫，保溫100小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫60小時(shí)，最后隨爐冷卻至室溫，即得10號(hào)合金試樣。
[0054]同法制備11號(hào)合金試樣。
[0055]采用帶能譜的掃描電子顯微鏡(SEM/EDS)對(duì)各實(shí)施例制備的合金試樣作合金成分分析，結(jié)果表明(見(jiàn)表1 )，最后合金實(shí)際成分與預(yù)設(shè)目標(biāo)成分基本一致。
[0056]表1實(shí)施實(shí)例I至5合金的原始配比成分與用SEM/EDS實(shí)測(cè)得到的合金總成分
[0057]

【權(quán)利要求】
1.一種獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于:先將原料金屬粉末進(jìn)行球磨，然后壓制成還塊，再按粉末冶金法制成合金X-Mn-Sb ;所述X為稀土元素RE或高熔點(diǎn)元素M。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，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 ;所述高熔點(diǎn)元素 M 是 T1、V、Cr、Fe、Co、N1、Zr、Nb 或 Mo。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于:所述Mn-Sb元素總和占合金X-Mn-Sb的原子百分比大于Iat.%。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于包括以下步驟: 〈1>球磨原料 按計(jì)量稱量各原料金屬粉末，混合后采用行星式球磨機(jī)進(jìn)行球磨； <2>制作坯塊 將步驟〈1>球磨后的金屬粉末采用壓片機(jī)壓制成坯塊； <3>制備合金 將步驟〈2>制成的坯塊放入石英管中，抽真空石英管，或者將坯塊放在惰性氣體氣氛環(huán)境中，加熱升溫至適當(dāng)高溫，保溫足夠時(shí)間，然后緩慢降至室溫，即得RE-Mn-Sb基合金或M-Mn-Sb基合金。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于:步驟<1>中金屬粉末的粒度小于200目，球磨在惰性氣體、真空環(huán)境或空氣中進(jìn)行。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于:步驟〈2>中壓制的壓強(qiáng)為14MPa,JS塊為圓柱形。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的獲得成分準(zhǔn)確的Mn-Sb基合金制備方法，其特征在于:步驟<3>中升溫保溫過(guò)程按以下方式進(jìn)行:以5-40°C /min的速度升溫到400_750°C，保溫20-48小時(shí)，然后再加熱升溫至900-1000°C的高溫，保溫100-240小時(shí)，然后緩慢降至500°C保溫50-72小時(shí)再降至室溫。
【文檔編號(hào)】C22C22/00GK104073664SQ201410134016
【公開(kāi)日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】何維, 姚路, 楊通晗, 陳國(guó)堅(jiān) 申請(qǐng)人:廣西大學(xué)