CN109234644A - 铁基磁致伸缩合金丝及其制备方法 - Google Patents

铁基磁致伸缩合金丝及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铁基磁致伸缩合金丝，成分为Fe100‑x‑y‑zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe。本发明还公开了一种铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，采用热旋锻热拉拔工艺制备。本发明解决了现有磁致伸缩合金丝磁性能差、力学性能不稳定、表面质量不均匀的难题。

Description

铁基磁致伸缩合金丝及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种磁性材料技术，具体是，涉及一种铁基磁致伸缩合金丝及其制备方法。
背景技术
磁致伸缩材料是一类具有电磁能/机械能相互转换的功能材料。由于它们能量密度高、耦合系数大，具有传感和驱动功能，因而作为智能材料和相应器件在超声波、计算机、汽车等应用领域的制动器、控制器、换能器、传感器、微位移器、精密阀门等领域得到了越来越广泛的应用和发展。由于磁致伸缩合金丝的直径小，能广泛应用于各类传感器(如位移传感器、压力传感器、扭矩传感器)。目前，国外磁致伸缩合金丝的制备技术比较成熟，制备的合金丝的综合性能较好，但是价格昂贵，而且国外对磁致伸缩合金丝的成分及制备工艺保密，没有相关文献可以借鉴，我国自主研发的合金丝的信号杂波太多，磁致伸缩性能较差，表面质量均匀性差，使传感器的灵敏度和精度变差。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种铁基磁致伸缩合金丝及其制备方法，解决了现有磁致伸缩合金丝磁性能差、力学性能不稳定、表面质量不均匀的难题。
技术方案如下：
一种铁基磁致伸缩合金丝，成分为Fe100-x-y-zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe。
进一步，成分为Fe82.8Ga17Dy0.2、Fe54.7Ni45Y0.3或者Fe69.2Co30Ce0.8。
一种铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，采用热旋锻热拉拔工艺制备，包括：
按照成分进行配料并加入烧损量；将配料放入真空感应炉中，抽真空至3～5Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼3～5分钟后浇注成合金锭；成分为Fe100-x-y-zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe；
将合金锭加热至700～1000℃，保温1～2小时后进行锻造，最终锻造至直径30-35mm的合金坯料；
将锻造后的合金坯料进行900～950℃热轧轧制成直径为7.0～9.0mm的盘条；
将轧制好的盘条在温度为700～900℃下，经过热旋锻制得直径为3.0～5.0mm的盘条；
将经过热旋锻制得的盘条置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温；
将去应力退火后的盘条在温度为500～700℃下热旋锻，制得直径为0.5～2.5mm的合金丝；
将获得的合金丝在真空加热炉中进行800-1000℃的热处理，保温0.5-1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
优选的，对合金铸锭、合金坯料进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
优选的，轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温10-20分钟后继续轧制。
本发明技术效果包括：
本发明中，材料的磁致伸缩性能稳定，可加工性能好，获得的铁基磁致伸缩合金丝尺寸可调整范围大，表面质量均匀性好，作为传感器的敏感元件，可以提高传感器测量的灵敏度和精确度。对铁基磁致伸缩合金丝的制备工艺优化，提高了性能稳定性和磁致伸缩合金丝的成材率。
具体实施方式
以下描述充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践和再现。
铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，采用热旋锻热拉拔工艺制备，具体包括以下步骤：
步骤1：合金熔炼；
按照成分进行配料，并加入适当的烧损量；将配料放入真空感应炉中，抽真空至3～5Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼3～5分钟后浇注成合金锭，自然冷却后取出待用；
铁基磁致伸缩合金丝的成分为Fe100-x-y-zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe。
步骤2：锻造开坯；
将打磨后的合金锭加热至700～1000℃，保温1～2小时后进行锻造，最终锻造至直径30-35mm的合金坯料。
对合金铸锭、合金坯料进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
步骤3：轧制；
将锻造后的合金坯料进行900～950℃热轧轧制成直径为7.0～9.0mm的盘条。
轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温10-20分钟后继续轧制。
步骤4：中高温热旋锻；
将轧制好的盘条在温度为700～900℃下，经过多个道次的热旋锻制得直径为3.0～5.0mm的盘条。
步骤5：去应力退火；
将经过热旋锻制得的盘条，置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温。
步骤6：中低温热旋锻；
将去应力退火后的盘条在温度为500～700℃下热旋锻，制得直径为0.5～2.5mm的合金丝。
步骤7：均匀化热处理。
将获得的合金丝在真空加热炉中进行800-1000℃的热处理，保温0.5-1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
本发明实施例中所选原料纯度均为99.9％以上。本发明实施例中磁致伸缩应变采用标准电阻应变片法在平行方向测得。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。
实施例1：
步骤1：按照设计成分为Fe82.8Ga17Dy0.2进行配料；将配料放入真空感应炉中，抽真空至3Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼3分钟后浇注成合金锭，自然冷却后取出待用；
对合金铸锭进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
步骤2：将打磨后的合金锭加热至700℃，保温1小时后进行锻造，最终锻造至直径30mm的合金坯料；
步骤3：将锻造后的合金坯料进行900℃热轧轧制成直径为7.0mm的盘条；
轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温10分钟后继续轧制。
步骤4：将轧制好的盘条在温度为700℃下，经过10个道次的热旋锻制得直径为4.0mm的盘条；
步骤5：将经过热旋锻制得的盘条，置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温；
步骤6：将去应力退火后的盘条在温度为700℃下热旋锻，制得直径为0.8mm的合金丝；
步骤7：将获得的合金丝在真空加热炉中进行800℃的热处理，保温1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
实施例2：
步骤1：按照设计成分为Fe54.7Ni45Y0.3进行配料；将配料放入真空感应炉中，抽真空至5Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼5分钟后浇注成合金锭，自然冷却后取出待用；
对合金铸锭进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
步骤2：将打磨后的合金锭加热至900℃，保温2小时后进行锻造，最终锻造至直径33mm的合金坯料；
步骤3：将锻造后的合金坯料进行950℃热轧轧制成直径为7.0mm的盘条；
轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温20分钟后继续轧制。
步骤4：将轧制好的盘条在温度为800℃下，经过多个道次的热旋锻制得直径为5.0mm的盘条；
步骤5：将经过热旋锻制得的盘条，置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温；
步骤6：将去应力退火后的盘条在温度为700℃下热旋锻，制得直径为1.0mm的合金丝；
步骤7：将获得的合金丝在真空加热炉中进行900℃的热处理，保温1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
实施例3：
步骤1：按照设计成分为Fe69.2Co30Ce0.8进行配料；将配料放入真空感应炉中，抽真空至4Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼5分钟后浇注成合金锭，自然冷却后取出待用；
对合金铸锭进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
步骤2：将打磨后的合金锭加热至900℃，保温1小时后进行锻造，最终锻造至直径30mm的合金坯料；
步骤3：将锻造后的合金坯料进行900℃热轧轧制成直径为7.0mm的盘条；
轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温15分钟后继续轧制。
步骤4：将轧制好的盘条在温度为700℃下，经过多个道次的热旋锻制得直径为3.0mm的盘条；
步骤5：将经过热旋锻制得的盘条，置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温；
步骤6：将去应力退火后的盘条在温度为700℃下热旋锻，制得直径为0.5mm的合金丝；
步骤7：将获得的合金丝在真空加热炉中进行1000℃的热处理，保温1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
应当理解的是，以上的描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明，本发明并不局限于上面已经描述的流程，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (5)

1.一种铁基磁致伸缩合金丝，其特征在于，成分为Fe100-x-y-zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe。
2.如权利要求1所述铁基磁致伸缩合金丝，其特征在于，成分为Fe82.8Ga17Dy0.2、Fe54.7Ni45Y0.3或者Fe69.2Co30Ce0.8。
3.一种铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，采用热旋锻热拉拔工艺制备，包括：
按照成分进行配料并加入烧损量；将配料放入真空感应炉中，抽真空至3～5Pa，通入氩气保护熔炼形成合金，熔化后精炼3～5分钟后浇注成合金锭；成分为Fe100-x-y-zMxNyREz，M为Ga、Ni、Co中的一种，N为Al、Mn、V、Nb、Cu、Ti、Zr中的一种或多种，RE为La、Ce、Pr、Tb、Dy、Y、Er、Nd中的一种或多种，其中x＝10～70，y＝0～15，0＜z≤1.0，余量为Fe；
将合金锭加热至700～1000℃，保温1～2小时后进行锻造，最终锻造至直径30-35mm的合金坯料；
将锻造后的合金坯料进行900～950℃热轧轧制成直径为7.0～9.0mm的盘条；
将轧制好的盘条在温度为700～900℃下，经过热旋锻制得直径为3.0～5.0mm的盘条；
将经过热旋锻制得的盘条置于真空热处理炉中进行去应力退火，在800℃下保温1小时后，炉冷至室温；
将去应力退火后的盘条在温度为500～700℃下热旋锻，制得直径为0.5～2.5mm的合金丝；
将获得的合金丝在真空加热炉中进行800-1000℃的热处理，保温0.5-1小时，采用水淬或空冷冷却至室温。
4.如权利要求3所述铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，其特征在于，对合金铸锭、合金坯料进行表面打磨处理，去除表面氧化层和缺陷之后涂防氧化涂层。
5.如权利要求3所述铁基磁致伸缩合金丝的制备方法，其特征在于，轧制过程中，控制终轧温度不低于700℃，低于700℃时终止轧制，回炉保温10-20分钟后继续轧制。
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