CN109082603A - 一种铝镍钴永磁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铝镍钴永磁合金及其制备方法，属于永磁合金技术领域。采用的技术方案是：铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：5～9%的钴、20～25%的镍、9～15%的铝、3～8%的铜，余量为铁。本发明具有铝镍钴磁性合金造价成本低廉、磁性能优异的效果。

Description

一种铝镍钴永磁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及永磁合金技术领域，尤其涉及一种铝镍钴永磁合金及其制备方法。

背景技术

永磁材料，又称硬磁材料，是指一经磁化即能保持恒定磁性的材料，常用的永磁材料包括铝镍钴永磁合金、铁铬钴永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料和复合永磁材料等。铝镍钴材料是除铁以外，主要掺入铝、镍、钴元素的永磁材料，在永磁材料应用中占重要地位，具有剩余磁化强度高、温度系数低的优点，可广泛应用于各种仪器仪表和其他耐高温的领域，但铝镍钴永磁合金也还存在矫顽力相对较小，含有稀贵的金属钴、造价成本较高的问题。

根据铝镍钴磁性材料的配方成分比例，可分为二类、三类、五类、六类、七类和八类等产品，铝镍钴磁性材料的产品的磁性能与其配方成分比例有关。现有技术中，中文杂志《电工材料》(1976,02:18-19)公开了一篇名称为“一种矫顽力较高的各向同性铝镍钴磁钢”的期刊论文，其采用的是二类产品的配方，铝镍钴永磁合金的成分主要包括10～11％的铝、23～24％的镍、15～16％的钴、3～4％的铜、0.7～1.2％的钛，余量为铁，该铝镍钴永磁合金通过改善其矫顽力提高了磁性能，但仍然存在成分组成中的钴金属增加铝镍钴永磁合金造价成本的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝镍钴永磁合金，具有造价成本低廉、磁性能好的优点。

本发明的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种铝镍钴永磁合金，铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：5～9％的钴、20～25％的镍、9～15％的铝、3～8％的铜，余量为铁。

铝镍钴是最早开发的一种磁性材料，是由铝、镍、钴、铁和其他微量元素构成的一种合金，根据配方中不同金属元素的含量范围可分为二类产品、三类产品、五类产品等多种，本发明的配方是在二类产品配方的基础上进行改进的。二类产品的国际标准配方由13％的钴、20％的镍、10％的铝、5％的铜和52％的铁组成，通过在不影响产品性能的前提下减少标准配方中的金属钴的含量，有利于节约铝镍钴永磁合金的生产成本，得到与标准的二类产品磁性能相同的铝镍钴永磁合金。

进一步，铝镍钴永磁合金的成分还包括0.8～2.3％的微量元素，所述微量元素为铌、钛、钬、硅、硫、碳中的一种或多种。

实施上述技术方案，在铝镍钴永磁合金中添加微量元素，会影响合金的微观结构，添加铌、钛、钬、硅、硫或碳中的一种或多种有利于改善合金的磁性能，增加永磁合金的剩磁和矫顽力。

进一步，所述微量元素包括钛、钬和硅，按照铝镍钴永磁合金的质量百分比计，微量元素包括0.5～1.2％的钛、0.2～0.6％的钬、0.1～0.5％的硅。

进一步，铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：6～8％的钴、20～25％的镍、10～12％的铝、0.5～1.2％的钛、0.2～0.6％的钬、0.1～0.5％的硅、4～6％的铜，余量为铁。

实施上述技术方案，通过减少配方中金属钴的含量，按比例添加少量微量元素的含量，得到较低生产成本、较高磁性能品质的铝镍钴永磁合金。

本发明的另一个目的在于提供一种铝镍钴永磁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将砂料灌入铁模中压制成型，并在200～205℃条件下烘烤60～80min，得到砂模。

步骤二：按照各元素的重量配比称取原料，在1450～1650℃条件下熔炼，待原料全部融化后搅拌均匀，并浇注至砂模内，得到成型铸件，优选的，浇注前砂模的温度为1350～1550℃。

步骤三：对成型铸件进行清砂和预加工，得到铸件毛坯。

步骤四：对铸件毛坯进行固溶热处理，然后冷却并进行回火热处理，得到铸件半成品。优选的，固溶热处理的温度为1260～1300℃，处理时间为25～35min；冷却是将固溶热处理后的铸件毛坯冷却至580～620℃，冷却时间为50～80s；回火热处理是依次在600～620℃下处理3.5～4.5h、在585～595℃下处理5.5～6.5h、在555～565℃下处理5.5～6.5h。

步骤五：将步骤四得到的铸件半成品置于磁场中消磁，然后对消磁后的铸件半成品进行精加工，清洗烘干后得到铸件成品。

实施上述技术方案，根据客户需求的永磁合金形状制作砂模，然后按铝镍钴永磁合金的配方比例称取各原料，并使之熔融，将熔融后的金属液灌入砂模中冷却成型，砂模在浇注前先升温至与金属液相近的温度，这样浇注后的金属液与砂模同步降温，有利于提高成型铸件的整体性，避免金属液温度骤降对铸件质量造成不良影响。清除成型铸件表面残留的砂粒和浮渣，并用砂轮或其他设备修去成型铸件表面的毛刺，得到铸件毛坯。再对铸件进行固溶热处理，使铸件在上述温度下的中间相充分溶解到固溶体中后快速冷却，并依次在三种温度下进行回火处理，有利于提高铸件的磁性能，得到铸件半成品。为了对铸件半成品进行更精细的加工，先将铸件半成品置于磁场中消去磁性，采用立磨机或其他设备对铸件半成品进行打磨、倒角，使铸件的外观、尺寸等符合相关规格要求。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

通过减少铝镍钴永磁合金的二类产品配方中的钴含量，在保持合金磁性能不变的基础上节约铝镍钴永磁合金的生产成本。同时，向铝镍钴永磁合金中添加微量元素钛、钬和硅，利用微量元素改变合金的微观结构，有利于提高铝镍钴永磁合金的磁性能。在铝镍钴永磁合金的制备方法中，根据铝镍钴永磁合金的成分配方及比例，控制和调整铝镍钴永磁合金在固溶热处理、冷却及回火热处理过程中的工艺参数，有利于提高铝镍钴永磁合金的磁性能，得到造价成品低廉、磁性能优越的二类铝镍钴永磁合金产品。

具体实施方式

下面对本发明实施例的技术方案进行描述。

实施例一

本实施例提供一种铝镍钴永磁合金，其成分由以下质量百分比计的组分组成，6％的钴、23％的镍、10.8％的铝、4.8％的铜，余量为铁。

本实施例采用的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将砂料灌入相应的铁模中压制成型，并在200℃条件下烘烤80min，得到砂模，本实施例采用的砂料采用高铝矾土、高岭土与水的混合物，高铝矾土与高岭土的用量比为3:1。

步骤二：称取39kg的钴、149.5kg的镍、70.2kg的铝、31.2kg的铜和359.5kg的铁，各金属原料均为块状，将钴、镍、铜和铁投入熔炼炉中，设定熔炼炉温度为1450℃，待金属熔化后加入铝，45min后搅拌均匀。将步骤一制得的砂模预热到1355±5℃，然后将熔化后的金属液浇注至砂模内，自然冷却后得到成型铸件。

步骤三：用滚筒清除成型铸件表面残留是砂粒和浮渣，并采用砂轮除去成型铸件表面的毛刺，得到铸件毛坯。

步骤四：在1260℃温度下对铸件毛坯进行固溶热处理，处理时间为35min，然后在50s内将铸件毛坯冷却至615±5℃，将冷却后的铸件毛坯依次在620℃温度下处理3.5h、在585℃温度下处理6.5h、在555℃温度下处理6.5h，得到铸件半成品。

步骤五：将步骤四得到的铸件半成品置于磁感应强度>2500Gs的磁场中消去磁性，然后对消磁后的铸件半成品进行精加工，即采用立磨机打磨铸件半成品，清洗烘干后得到铸件成品，对铸件成品的磁性能、尺寸和外观进行检验，对通过检验的铸件成品进行包装。

实施例二

本实施例与实施例一的区别主要在于：铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：8％的钴、20％的镍、12％的铝、0.5％的钛、0.6％的钬、0.5％的硅、6％的铜，余量为铁。

本实施例采用的铝镍钴永磁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将砂料灌入相应的铁模中压制成型，并在205℃条件下烘烤60min，得到砂模。

步骤二：称取57.6kg的钴、144kg的镍、86.4kg的铝、3.6kg的钛、4.32kg的钬、3.6kg的硅、43.2kg的铜和377.3kg的铁，各原料均为块状，将钴、镍、铜和铁投入熔炼炉中，设定熔炼炉温度为1650℃，待金属熔化后加入硅、铝和钛，20min后搅拌均匀。将步骤一制得的砂模预热到1545±5℃，然后将熔化后的金属液浇注至砂模内，自然冷却后得到成型铸件。

步骤三：用滚筒清除成型铸件表面残留是砂粒和浮渣，并采用砂轮除去成型铸件表面的毛刺，得到铸件毛坯。

步骤四：在1300℃温度下对铸件毛坯进行固溶热处理，处理时间为25min，然后在80s内将铸件毛坯冷却至575±5℃，将冷却后的铸件毛坯依次在600℃温度下处理4.5h、在595℃温度下处理6.5h、在565℃温度下处理6.5h，得到铸件半成品。

步骤五：将步骤四得到的铸件半成品置于磁感应强度>2500Gs的磁场中消去磁性，然后对消磁后的铸件半成品进行精加工，即采用立磨机打磨铸件半成品，清洗烘干后得到铸件成品，对铸件成品的磁性能、尺寸和外观进行检验，对通过检验的铸件成品进行包装。

实施例三

本实施例与实施例一的区别主要在于：铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：5％的钴、25％的镍、9％的铝、0.7％的钛、0.2％的钬、0.3％的硅、4％的铜，余量为铁。

本实施例采用的铝镍钴永磁合金的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：将砂料灌入相应的铁模中压制成型，并在203℃条件下烘烤70min，得到砂模。

步骤二：称取33kg的钴、165kg的镍、59.4kg的铝、4.62kg的钛、1.32kg的钬、1.98kg的硅、26.4kg的铜和368.3kg的铁，各原料均为块状，将钴、镍、铜和铁投入熔炼炉中，设定熔炼炉温度为1550℃，待金属熔化后加入硅、铝和钛，30min后搅拌均匀。将步骤一制得的砂模预热到1450±5℃，然后将熔化后的金属液浇注至砂模内，自然冷却后得到成型铸件。

步骤三：用滚筒清除成型铸件表面残留是砂粒和浮渣，并采用砂轮除去成型铸件表面的毛刺，得到铸件毛坯。

步骤四：在1280℃温度下对铸件毛坯进行固溶热处理，处理时间为30min，然后在65s内将铸件毛坯冷却至600±5℃，将冷却后的铸件毛坯依次在610℃温度下处理4h、在590℃温度下处理6h、在560℃温度下处理6h，得到铸件半成品。

步骤五：将步骤四得到的铸件半成品置于磁感应强度>2500Gs的磁场中消去磁性，然后对消磁后的铸件半成品进行精加工，即采用立磨机打磨铸件半成品，清洗烘干后得到铸件成品，对铸件成品的磁性能、尺寸和外观进行检验，对通过检验的铸件成品进行包装。

实施例四至六

实施例四至六的铝镍钴永磁材料的成分组成与用量如表1所示，其制备方法均与实施例三相同。

表1实施例四至六的铝镍钴永磁材料成分组成与用量

对比例一

本对比例提供一种铝镍钴永磁材料，其成分由以下质量百分比计的组分组成，16％的钴、23％的镍、10％的铝、4％的铜，1％的钛，余量为铁。

本对比例采用的制备方法与实施例三的区别主要在于：各成分的用量为96kg的钴、138kg的镍、60kg的铝、6kg的钛、24kg的铜和276kg的铁。对铸件毛坯进行固溶热处理后，在180s内将铸件毛坯冷却至600±5℃，冷却后的铸件毛坯在630℃下回火4h、在550℃下回火4h。

产品检测

根据GB/T 3217-2013《永磁(硬磁)材料磁性试验方法》对各实施例和对比例制备的铝镍钴永磁材料的磁性能进行检测，检测结果如表2所示。

表2各实施例和对比例的磁性能检测结果

组别	剩磁Br(Gs)	矫顽力Hcb(Oe)	磁能积(BH)max(kj/m<sup>3</sup>)
				实施例一	8200	770	15.6
实施例二	8300	790	15.2
				实施例三	8300	780	15.8
实施例四	8400	770	15.4
				实施例五	8200	780	15.3
实施例六	8500	800	16.5
				对比例一	6400	770	13.6

由表2可见，实施例一至六采用本发明的配方及制备方法制得的铝镍钴永磁合金，其剩磁Br和磁能积(BH)max均优于对比例一，各实施例的矫顽力Hcb与对比例一相近，而本发明各实施例中的钴含量较对比例一减少了一倍多，即对比例一中的钴含量是本发明各实施例的两倍多。本发明在配方减少了钴的含量，制得了磁性能不变、甚至更优的铝镍钴永磁合金。

Claims (10)

1.一种铝镍钴永磁合金，其特征在于，铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：5～9%的钴、20～25%的镍、9～15%的铝、3～8%的铜，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的一种铝镍钴永磁合金，其特征在于，铝镍钴永磁合金的成分还包括0.8～2.3%的微量元素，所述微量元素为铌、钛、钬、硅、硫、碳中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种铝镍钴永磁合金，其特征在于，所述微量元素包括钛、钬和硅。

4.根据权利要求3所述的一种铝镍钴永磁合金，其特征在于，所述按照铝镍钴永磁合金的质量百分比计，微量元素包括0.5～1.2%的钛、0.2～0.6%的钬、0.1～0.5%的硅。

5.根据权利要求4所述的一种铝镍钴永磁合金，其特征在于，铝镍钴永磁合金的成分按质量百分比计包括：6～8%的钴、20～25%的镍、10～12%的铝、0.5～1.2%的钛、0.2～0.6%的钬、0.1～0.5%的硅、4～6%的铜，余量为铁。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：将砂料灌入铁模中压制成型，并在200～205℃条件下烘烤60～80min，得到砂模；

步骤二：按照各元素的重量配比称取原料，在1450～1650℃条件下熔炼，待原料全部融化后搅拌均匀，并浇注至砂模内，得到成型铸件；

步骤三：对成型铸件进行清砂和预加工，得到铸件毛坯；

步骤四：对铸件毛坯进行固溶热处理，然后冷却并进行回火热处理，得到铸件半成品；

步骤五：将步骤四得到的铸件半成品置于磁场中消磁，然后对消磁后的铸件半成品进行精加工，清洗烘干后得到铸件成品。

7.根据权利要求6所述的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，浇注前砂模的温度为1350～1550℃。

8.根据权利要求6所述的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤四中固溶热处理的温度为1260～1300℃，处理时间为25～35min。

9.根据权利要求6所述的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的冷却是将固溶热处理后的铸件毛坯冷却至580～620℃，冷却时间为50～80s。

10.根据权利要求6所述的一种铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于，所述步骤四中回火热处理是依次在600～620℃下处理3.5～4.5h、在585～595℃下处理5.5～6.5h、在555～565℃下处理5.5～6.5h。