CN108039273B - 具有环形磁场的磁钢的热处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁钢的热处理方法，尤其是涉及一种具有环形磁场的磁钢的热处理方法。其主要是解决现有技术所存在的目前的铝镍钴磁钢无法按用户要求生产，并且现有对磁钢的热处理方法无法控制凝固组织的晶粒取向，无法消除横向晶界以获得柱晶或单晶组织，材料的纵向力学性能较差等的技术问题。本发明采用环形磁场机，环形磁场机的直导线外围磁场强度达到1200GS以上，直导线通电过程中要通水冷却，水压保证0.6MPa以上，在箱型等温炉中浇注磁钢，磁钢铸件上磁场，在这过程中通电通水，电流在5000‑6000A，冷却到600℃以下，断电继续通水，磁钢铸件从环形磁场机上取下转回火工序，回火冷却后即出具有环形磁场的磁钢。

Description

具有环形磁场的磁钢的热处理方法

技术领域

本发明涉及一种磁钢的热处理方法，尤其是涉及一种具有环形磁场的磁钢的热处理方法。

背景技术

随着汽车工业、计算机技术、移动通信技术、工业自动化设备和航空航天事业的发展，所有电子设备的体积日益缩小，重量逐渐减轻，性能不断提高，功能也日趋多样化，这些新型电子设备对所用磁性产品，特别是对永磁材料产品的需求量日渐增多。近几年来，钕铁硼、铁氧体等永磁体作为节能环保的朝阳产业，已广泛用于信息技术、汽车、核磁共振、风力发电和电机等领域，但由于铝镍钴(AlNiCo)永磁体具有其它永磁材料无法比拟的优异的温度稳定性，目前在鱼雷、导弹、飞机等武器装备和卫星等航天器等领域的仪器仪表的永磁器件中被广泛应用，另外还是制备高端医疗器械和电工合金等的主导材料。同时计算机技术、航空航天技术等高精尖技术的快速发展对决定控制器的精度和性能的关键电磁零部件的性能和加工精度提出了越来越高的要求。铝镍钴(AlNiCo)系永磁合金。以铝、铁、镍元素为主要成分，还含有铜、钛、钴等元素。具有高剩磁和低温度系数，磁性能稳定。按制造工艺分类分为铸造合金和粉末烧结合金两种。铝镍钴(AlNiCo)永磁体具有其它永磁材料无法比拟的温度稳定性、时间稳定性和耐腐蚀特性。铝镍钴磁钢作为铝镍钴永磁体的一种，具有铝镍钴材料特有的优异性能，在目前的国内外磁性材料市场上占有大量的市场份额。目前国内铸造铝镍钴磁钢生产过程中的热处理工序这一环节，所采用的磁场热处理设备，其间隙磁场有直线型磁场和马碲型磁场两种。只能生产直线型取向和马碲型取向的铝镍钴磁钢。对用于高新技术领域，特别是先进的大型计算机领域、尖端军用领域所需求的铝镍钴磁钢仍无法按用户要求生产。

发明内容

本发明是提供一种具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其主要是解决现有技术所存在的目前的铝镍钴磁钢用于高新技术领域，特别是先进的大型计算机领域、尖端军用领域所需求的铝镍钴磁钢仍无法按用户要求生产，并且现有对磁钢的热处理方法无法控制凝固组织的晶粒取向，无法消除横向晶界以获得柱晶或单晶组织，材料的纵向力学性能较差等的技术问题。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

本发明的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，所述的方法包括：采用环形磁场机，环形磁场机的直导线外围磁场强度达到1200GS以上，直导线通电过程中要通水冷却，水压保证0.6MPa以上，在箱型等温炉中浇注磁钢，不拆箱保温后，保证磁钢铸件已凝固且温度还保持在1200℃以上拆箱，磁钢铸件上磁场，磁钢铸件间隙处配备导磁铁板，盖上硅酸铅纤维保温40-50分钟，在这过程中通电通水，电流在5000-6000A，冷却到600℃以下，断电继续通水，磁钢铸件从环形磁场机上取下转回火工序，回火冷却后即出具有环形磁场的磁钢。

采用LNG44材料配方，熔炼时保证成分准确，采用炉前成分分析工艺，用直烧光谱仪实现炉前成分分析。即烧注前，先测定钢液化学成分，达到成份要求后，才能烧注成型。以最大程度确保各配方成分精确，做到更好地控制凝固组织的晶粒取向，消除横向晶界，获得柱晶或单晶组织，提高材料的纵向力学性能，以制造出高品质的铝镍钴磁钢。

覆膜砂射芯工艺：大型计算机用VCM磁钢对于磁钢件来说，属大件，普通造型无法实现，计划采用卧式射砂机。覆膜砂造型，分七片砂片造型后，再用定位机构组装成整体型腔。采用酚醛树脂为粘结剂制备覆膜砂，造型工艺中有效解决排气、加热、顶芯和脱模的几个关键环节中存在的问题。该工艺不需要石墨芯，型腔与孔芯都由覆膜砂同时射制而成。整个过程耗时1-2分钟，生产效率高，射制的型腔表面光滑致密，尺寸准确，一致性好，砂型强度高。浇铸后铸件表面光洁度好，轮廓清晰，内孔及内槽处无粘砂。无论是合金的剩磁、矫顽力，还是最大磁能积，采用覆膜砂射芯造型工艺得到的磁性能均要高于传统的石墨芯造型工艺。

本发明首先根据磁钢产品图纸，设计制作该产品的射砂造型模具，并试验验证该模具，使其符合产品的尺寸及外观要求。模具合格后，进行造型，生产该产品的砂片并组装成铸型。再按磁钢配方要求，配制磁钢炉料，并在中频感应电炉中熔化成钢液。当钢液达到要求的的温度时，浇注到铸型中，形成磁钢铸件毛坯。铸件在铸型中保温40-50分钟后，拆箱取铸件。把该还具有1200℃左右的铸件直接放上环形磁场设备，在环形磁场环境中进行控温冷却到600℃左右。下一步进行铸件回火处理，进一步提高磁性能。磁性能检验合格后，按图纸要求进行磨屑加工到尺寸。最后进行产品的磁性能、尺寸及外观检验。

作为优选，所述的箱型等温炉中浇注磁钢时的温度为1350-1400℃，浇注完成后以10℃/s的速率急速降温到1000-1100℃，保温5-10分钟；再缓慢升温到1250-1320℃，以10℃/s的速率急速降温到1100-1150℃，保温10-15分钟；在缓慢升温到1200-1300℃，保温10-15分钟。原热处理方法一般是直接升温后保温，而本发明则是通过两次急速降温和两次缓慢升温，可以最大限度地控制凝固组织的晶粒取向，消除横向晶界，获得柱晶或单晶组织，提高材料的纵向力学性能。

作为优选，所述的环形磁场机包括有底座，底座上设有电机与固定架，固定架上通过下模架连接有箱型等温炉，固定架上部设有上油缸，上油缸下端连接有上模压杆，电机连接有旋转框架，旋转框架上设有电极头，电极头周围设有环形励磁线包，环形励磁线包的直导线设在散热水箱内。旋转框架可以在电机的驱动下带动电极头、环形励磁线包对铸件进行充磁，这样充磁的效果较好。同时通过将直导线设在散热水箱内，保证了充磁时不会因为电流过大温度过高产生充磁不稳定、均匀。

作为优选，所述的散热水箱的内壁上设有散热槽，散热槽内活动连接有散热凸棱，散热凸棱与散热槽底面之间设有海绵层。散热凸棱能够在水流的作用下自发在散热槽内进行伸缩运动，海绵层吸收水量后能够驱动散热凸棱进行运动，进一步制造水流，这样由于不停地进行热交换，因此对直导线的散热效果达到最大化。

作为优选，所述的下模架上设有导磁芯柱，导磁芯柱的底部深入到下模架内并且连接有绝缘外套管，绝缘外套管内设有绝缘内套管，绝缘外套管与绝缘内套管之间设有橡胶石墨层。绝缘外套管与绝缘内套管之间可以进行相对位移，这样可以适应不同宽度的C型磁钢的需要。橡胶石墨层为市售产品，其性能类似于橡胶，但是其具有耐高温、耐腐蚀的特性。

作为优选，所述的回火工序包括：将磁钢铸件装入到箱式回火炉的炉体中，炉体的炉膛底部设有不锈钢板，不锈钢板上设置栅型铁架，每次装入量控制10-15Kg左右，炉门口用耐火硅酸铅纤维密封。回火时装入的磁钢量不易过多，需要保证回火时磁钢内的晶像稳定。

作为优选，所述的炉体的内壁上设置有螺旋形排布的加热片，加热片根部的厚度大于其头部的厚度。加热片通过螺旋形排布，这样保证磁钢在回火时，气流能够加快速度，从而使得回火效率更高。同时加热片的根部较厚，保证了回火时的温度传递。

因此，本发明利用直导线大电流原理，通过在通电直导线外围形成环形磁场，以利用这环形磁场对铝镍钴磁钢进行磁场热处理，生产C字形取向磁钢，磁钢的晶粒取向较易控制，可以消除横向晶界，获得柱晶或单晶组织，材料的纵向力学性能较高。

附图说明

附图1是本发明环形磁场机的一种结构示意图；

附图2是图1的A-A剖面结构示意图；

附图3是本发明散热水箱的一种结构示意图；

附图4是本发明箱式回火炉的一种结构示意图。

图中零部件、部位及编号：底座1、电机2、固定架3、下模架4箱型等温炉5、上油缸6、上模压杆7、旋转框架8、电极头9、环形励磁线包10、直导线11、散热水箱12、散热槽13、散热凸棱14、海绵层15、导磁芯柱16、绝缘外套管17、绝缘内套管18、橡胶石墨层19、炉体20、不锈钢板21、栅型铁架22、耐火硅酸铅纤维23、加热片24。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：本例的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其步骤为：采用环形磁场机，环形磁场机的直导线外围磁场强度达到1200GS以上，直导线通电过程中要通水冷却，水压保证0.6MPa以上，在箱型等温炉中浇注磁钢，浇注磁钢时的温度为1400℃，浇注完成后以10℃/s的速率急速降温到1100℃，保温10分钟；再缓慢升温到1320℃，以10℃/s的速率急速降温到1150℃，保温10分钟；在缓慢升温到1300℃，保温10分钟。不拆箱保温后，保证磁钢铸件已凝固且温度还保持在1200℃以上拆箱，磁钢铸件上磁场，磁钢铸件间隙处配备导磁铁板，盖上硅酸铅纤维保温50分钟，在这过程中通电通水，电流在6000A，冷却到600℃以下，断电继续通水，磁钢铸件从环形磁场机上取下转回火工序，回火工序包括：将磁钢铸件装入到箱式回火炉的炉体20中，如图4，炉体的炉膛底部设有不锈钢板21，不锈钢板上设置栅型铁架22，每次装入量控制10-15Kg左右，炉门口用耐火硅酸铅纤维23密封。炉体20的内壁上设置有螺旋形排布的加热片24，加热片根部的厚度大于其头部的厚度。回火冷却后即出具有环形磁场的磁钢。

其中环形磁场机如图1、图2，包括有底座1，底座上设有电机2与固定架3，固定架上通过下模架4连接有箱型等温炉5，固定架上部设有上油缸6，上油缸下端连接有上模压杆7，电机连接有旋转框架8，旋转框架上设有电极头9，电极头周围设有环形励磁线包10，环形励磁线包的直导线11设在散热水箱12内。下模架上设有导磁芯柱16，导磁芯柱的底部深入到下模架内并且连接有绝缘外套管17，绝缘外套管内设有绝缘内套管18，绝缘外套管与绝缘内套管之间设有橡胶石墨层19。

如图3，散热水箱12的内壁上设有散热槽13，散热槽内活动连接有散热凸棱14，散热凸棱与散热槽底面之间设有海绵层15。

以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (6)

1.一种具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的方法包括：采用环形磁场机，环形磁场机的直导线外围磁场强度达到1200GS以上，直导线通电过程中要通水冷却，水压保证0.6MPa以上，在箱型等温炉中浇注磁钢，箱型等温炉中浇注磁钢时的温度为1350-1400℃，浇注完成后以10℃/s的速率急速降温到1000-1100℃，保温5-10分钟；再缓慢升温到1250-1320℃，以10℃/s的速率急速降温到1100-1150℃，保温10-15分钟；在缓慢升温到1200-1300℃，保温10-15分钟；不拆箱保温后，保证磁钢铸件已凝固且温度还保持在1200℃以上拆箱，磁钢铸件上磁场，磁钢铸件间隙处配备导磁铁板，盖上硅酸铅纤维保温40-50分钟，在这过程中通电通水，电流在5000-6000A，冷却到600℃以下，断电继续通水，磁钢铸件从环形磁场机上取下转回火工序，回火冷却后即出具有环形磁场的磁钢。

2.根据权利要求1所述的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的环形磁场机包括有底座（1），底座上设有电机（2）与固定架（3），固定架上通过下模架（4）连接有箱型等温炉（5），固定架上部设有上油缸（6），上油缸下端连接有上模压杆（7），电机连接有旋转框架（8），旋转框架上设有电极头（9），电极头周围设有环形励磁线包（10），环形励磁线包的直导线（11）设在散热水箱（12）内。

3.根据权利要求2所述的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的散热水箱（12）的内壁上设有散热槽（13），散热槽内活动连接有散热凸棱（14），散热凸棱与散热槽底面之间设有海绵层（15）。

4.根据权利要求2所述的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的下模架（4）上设有导磁芯柱（16），导磁芯柱的底部深入到下模架内并且连接有绝缘外套管（17），绝缘外套管内设有绝缘内套管（18），绝缘外套管与绝缘内套管之间设有橡胶石墨层（19）。

5.根据权利要求1所述的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的回火工序包括：将磁钢铸件装入到箱式回火炉的炉体（20）中，炉体的炉膛底部设有不锈钢板（21），不锈钢板上设置栅型铁架（22），每次装入量控制10-15Kg，炉门口用耐火硅酸铅纤维（23）密封。

6.根据权利要求5所述的具有环形磁场的磁钢的热处理方法，其特征在于所述的炉体（20）的内壁上设置有螺旋形排布的加热片（24），加热片根部的厚度大于其头部的厚度。

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