高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料的製作方法
2024-04-08 01:32:05
專利名稱：高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料的製作方法
技術領域：
本發明專利屬於磁性材料領域。
目前，稀土鈷永磁體主要是採用粉末燒結法生產的。這種磁體具有優異的綜合磁性能，已在很多方面得到應用。但這種磁體存在著兩個嚴重的缺點，其一，脆性大。由於脆性大致使磁體不能進行車削、鑽孔，而且磨削時也只能採用小進刀量;切割只能採用電火花線切割工具機，其切片厚度難以小於2mm;在磨削、切割、性能測試、安裝和使用過程中易掉邊角、剝落，甚至斷裂;由此給磁體使用帶來的後果是廢品率高(特別對於某些薄片磁體);難以作成很薄、很小和異形磁體，這不僅浪費材料，而且阻礙了器件輕型化小型化的進程，影響器件的綜合性能;不能用於受衝擊和振動大的器件中。其二，粉末燒結法，工藝複雜，生產成本高，對環境汙染嚴重。由上兩方面的原因，使得燒結稀土鈷永磁體的應用範圍受到很大的限制，其可靠性在某些情況下也不能滿足要求。
美國專利US4208-225所公布的「定向凝固韌性稀土鈷磁性合金」，可用硬質合金刀具以小進刀量車削，但其磁性能很低，(BH)max僅≥6MGOe，沒有多大實用價值。
本發明的目的是為了克服上述現有材料的缺點而研製出一種具有高的磁性能併兼有良好韌性的定向凝固可加工稀土鈷永磁材料。
本發明所採用的技術途徑的要點如下以Sm(Co、Cu、Fe、Zr)z合金係為基礎，引入La、Ce等稀土元素部分取代Sm，引入Cr、V、Mn、Ni、Ti等過渡族元素部分取代Fe，以在脆性基體相(2/17和1/5)上引入一種高居裡溫度的塑性相(主要為Fe-Co);通過調整Fe和Cu、Sm和La、Ce以及稀土元素和過渡族元素的含量及其相對比例，控制合金中各相(2/17、1/5和Fe-Co相)的最佳體積百分比，以保證磁體磁性能和韌性的良好配合;由於塑性相是弱磁性相，故加入微量V、Ti等元素以磁硬化塑性相;採用高梯度快速真空定向凝固技術，使脆性基體相沿著〔0001〕方向定向生長，而塑性相在定向凝固時以樹枝晶方式定向生長，這樣脆性相和塑性相兩者互相鑲嵌、鉸接，使磁體具有一定的韌性和高的磁感應剩餘強度;通過恰當的熱處理工藝，沉澱出有效的磁硬化相，以提高磁體的矯頑力。
本發明材料的成分範圍(wt%)Sm18.0-22.0La(Ce)3.0-6.5Cu6.0-12.0Fe12.0-18.0Zr1.0-3.0TR1.0-3.0(TRV、Mn、Co餘量Ti中的一種或二種)本發明材料中最合適的相比例Vf〔Fe-Co〕＜6%，Vf〔1/5〕＝10-15%，Vf〔2/17〕＝80-85%。
塑性相體積百分數Vf〔Fe-Co〕引入量與合金元素及其含量間的關係Vf〔Fe-Co〕＝80.933-2.79Zr-1.828Sm-0.773Co-0.147Cu+0.41Fe+0.218La(1)
式中元素符號代表該元素的重量百分數，元素符號前的「+」或「-」分別表示該元素具有促進或抑制塑性相引入的作用。
當(Sm+La+Cu)＜38%時，且滿足關係式(1)，即可得到上述相比例的合金。
本發明材料採用的定向凝固工藝為定向溫度Td＝1220-1350℃，結晶器抽拉速度Vp＝6-15mm/min，溫度梯度G1＝250-1200℃/cm。這一工藝可獲得合金元素燒損少，成分準確、均勻，柱晶寬度小、定向度好的磁體。
本發明材料採用的熱處理工藝為固溶處理(1135-1175)℃×2h時效處理(800-950)℃×1h→700℃×2h→600℃×2h→500℃×2h→400℃→出爐(＜100℃)本發明永磁材料的實施例如下表
本發明永磁材料已成功地用於飛彈和衛星微波集成電路上的隔離器以及鐘錶、傳感器等器件中。
本發明永磁材料有如下優點1.具有較高的磁性能又兼有良好的韌性。其(BH)max比US4208-225公布的合金提高了200%左右。可進行車削、鑽孔，可用內圓切割機切成厚為0.2mm的薄片，且幾何形狀完整。
2.磁體的生產工藝較簡單，生產周期短，生產效率高。由於取向是在定向凝固過程中實現的，因而以定向凝固一道工序代替了粉末燒結法中從合金錠破碎、球磨、烘乾、粉末磁場取向、壓制至磁體坯料燒結等一系列複雜繁瑣工序，據統計生產周期約縮短二分之一，操作工人可減少三分之一。一臺中型定向結晶爐每班可生產20-30Kg磁體，相當於3-4臺一般粉末壓製機的產量。
3.經濟效益高。與粉末燒結SmPrCo5磁體比較，原材料成本降低33%，工藝折算成本降低13%，總成本降低20%左右，生產一噸磁體可節省開支16.75萬元。
4.社會效益好。由於磁體韌性好，安裝調試方便，使用安全可靠;由於可加工特別是可切成薄片，有利於器件的輕型化、小型化;生產中無粉塵和有害氣體對環境的汙染。
5.磁體在電子、通訊、儀表、鐘錶等行業，特別在軍事和高技術領域有廣闊的應用前景。
權利要求
1.一種高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特徵是採用Fe和Cu作為主加合金元素。
2.按權項1所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特徵成分(wt%)是Sm 18.0-22.0 La(Ce)3.0-6.5Cu 6.0-12.0 Fe 12.0-18.0Zr 1.0-3.0 TR 1.0-3.0(TRV、Mn、Co 餘量 Ti中的一種或二種)
3.按權項1、2所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特徵加入合金元素及其加入量(wt%)是La 3.0-6.5 Zr 1.0-3.0V 0.5-1.5 Ti 0.5-1.0
4.按權項1、2、3所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特徵相比例是Vf〔Fe-Co〕≤6%，Vf〔1/5〕＝10-15%，Vf〔2/17〕＝80-85%。
5.按權項1、2、3、4所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特徵工藝參數是定向凝固工藝參數溫度梯度 G1≥250℃/cm定向溫度 Td＝1120-1350℃結晶器抽拉速度 Vp＝6-15mm/min熱處理制度固溶處理(1135-1175)℃×2h時效處理(800-950)℃×1h→700℃×2h→600℃×2h→500℃×2h→400℃→出爐(＜100℃)。
全文摘要
本發明所述的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料的化學成分(Wt％)為
文檔編號C30B21/02GK1041238SQ8910112
公開日1990年4月11日 申請日期1989年2月16日 優先權日1989年2月16日
發明者史正興, 李昌貴, 劉新萬, 宋後定, 王樂儀, 傅恆志, 林猛華, 唐衛, 陳鍾敏, 高旭山, 陳繼志 申請人:西北工業大學, 機械電子工業部第九研究所