CN109518065A - 用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法 - Google Patents

用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法，针对现有磁体的需求，本发明专利申请人研究开发了一种大规格且能增大永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性的异形铝镍钴磁体的制备方法。本发明采用定向真空熔炼炉、有效控制升、降温速率及外套专用防护壳的特殊热处理工艺，既保证产品成分均匀和磁性能稳定，也保证了尺寸公差及形位公差。本发明热处理采用调整程序控制升温速率，产品外裹专用防护套等防护措施避免产品开裂。本发明有效的增大了永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性。

Description

用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法
技术领域
本发明属于磁体制备技术领域，尤其与一种用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法有关。
背景技术
无刷励磁在国外发电机组上广泛使用，尤其是大容量核电机组，由于其同轴励磁且无电刷的结构特点几乎无需维护且运行可靠；大体积、大重量的磁体能增大永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性。但是现有的大体积、大重量的磁体制备在国内还是一个瓶颈或者制备步骤繁杂不易。因此，针对现有磁体的需求，本发明专利申请人研究开发了一种大规格且能增大永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性的异形铝镍钴磁体的制备方法。
发明内容
针对上述背景技术的问题，本发明旨在提供一种大规格且能增大永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性的异形铝镍钴磁体的制备方法。
为此，本发明采用以下技术方案：一种用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤一，熔炼：将按质量百分比的Al:5.0％-8.8％，Ni:12％-15％，Co22％-25％，Cu:2％-5％，Fe余量的原材料置于双室真空定向熔炼炉熔炼得到组织为粗壮柱状晶组织；熔炼时炉内真空度<7Pa；精炼功率55～53KW,精炼时间6～10min；
步骤二，浇铸：将步骤一熔炼制备的合金液进行浇铸，浇铸时功率25±5kW，浇铸时间≤5min，浇铸时间过长不利于组织定向，浇铸完后继续冲水冷却25～30min，由于冷却水的作用，定向一致性好；冷却过程应严格控制水量大小，水量过小，水温高，得不到良好的柱状晶，造成磁性能偏低；
步骤三，退火：冷却后形成的铸锭进行清砂处理，然后放入箱式电阻炉退火，退火工艺：1080+/-15℃/2h+/-0.5h，，随炉冷却；未退火产品有内应力，加工时会产生裂纹、掉晶等缺陷；
步骤四，线切割；
步骤五，热处理：具体步骤如下:
1)、将产品按轴向磁化方向排列，轴向方向与不锈钢盒宽度方向平行。
2)、预热：将产品放入箱式电阻炉随炉升温至900±20℃，升温速率小于80℃/h；预热的目的主要为了避免产品直接放置高温炉温差过大引起内裂纹产生；
3)、固溶：将充分预热好的产品转入高温炉固溶，固溶时温度为1280±10℃，时间为50±15min；
4)、磁场冷却：固溶后放置于铁板上空冷至1000℃，入磁场后加盖1-2层硅酸棉或石棉板，冷却40±8min；
5)、将冷却完成的产品放入井式回火炉进行回火，回火工艺：620±20℃/3h±0.5h——580±20℃/6h±1h+550±20℃/10h±2h
步骤六，磁检：将磁体依次进行磁性测试和磁通测试；
步骤七，精磨厚度：将磁体装入装用工装后放置立磨(M7475B)工作台面加工至127±0.05mm；
步骤八，着色探伤：将磁体用专用探伤剂及显像剂对磁体探伤，以检测裂纹情况；
步骤九，检测：
3)、对产品进行磁通及重量一致性检测，选取磁通最小(定为这一批产品磁通检测的检测标准下限)的磁体线切割样柱进行性能检测；磁通最大值与最小值波动量为6％，重量波动量1％；
4)、磁性能：用AMT-4永磁测量仪检测。
作为对上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。
所述的磁体呈上边小、下边宽，其中上边和下边形成具有弧形的弧度，整个磁体的尺寸为：长×上弧/下弧×高＝127×57.1/66.7×76mm；步骤二中浇铸冷却后的铸锭尺寸为145×145×110mm。
本发明可以达到以下有益效果：1、本发明采用定向真空熔炼炉、有效控制升、降温速率及外套专用防护壳的特殊热处理工艺，既保证产品成分均匀和磁性能稳定，也保证了尺寸公差及形位公差。2.热处理采用调整程序控制升温速率，产品外裹专用防护套等防护措施避免产品开裂。3.该产品磁通和重量上一致性较好，磁通最大值与最小值波动量为6％，重量波动量为1％，表明该产品磁通和重量一致性较好。4.该磁体目前应用于5800KW无刷励磁机中，单只磁体体积(约580cm3)、重量(约4.3kg)，有效的增大了永磁机容量，满足强励磁需求，提高机组运行可靠性。
具体实施方式
熔炼：
将预定成分的原材料按一定比例配置；放入本专利申请人自主研发的双室真空定向熔炼炉，专利名称：一种双室真空定向熔炼炉及其使用方法，专利号ZL200910101845.9；(炉子底部设有冷却水管)，熔炼过程可以尽量减小合金杂质引入，减少合金在熔炼过程中的氧化，准确地控制合金成分，并得到组织为粗壮柱状晶组织；炉内真空度<7Pa；精炼功率55～53KW,精炼时间6～10min；浇铸
精炼后开启冷却水对模壳底部定向结晶板冷却，同时浇铸合金液(模壳尺寸：152×152×126mm)，浇铸工艺：25±5kW/≤5min；浇铸时间过长不利于组织定向；浇铸完后继续冲水冷却25～30min；由于冷却水的作用，定向一致性好；冷却过程应严格控制水量大小，水量过小，水温高，得不到良好的柱状晶，造成磁性能偏低；
退火
冷却后的铸锭(铸锭尺寸145×145×110mm)进行清砂处理；放入箱式电阻炉退火，退火工艺：1080+/-15℃/2h+/-0.5h，随炉冷却；未退火产品有内应力，加工时会产生裂纹、掉晶等缺陷；
线切割
线切割尺寸：长度割至129mm，其余轮廓割至成品尺寸；磁体外观不应有明显割痕、圆弧圆滑无明显接刀刀印；
热处理
将产品按轴向磁化方向排列，轴向方向与不锈钢盒宽度方向平行。
预热：将产品放入箱式电阻炉随炉升温至900+/-20℃，升温速率小于80℃/h。预热的目的主要为了避免产品直接放置高温炉温差过大引起内裂纹产生。
固溶：将充分预热好的产品转入高温炉固溶，固溶工艺：1280±10℃/50±15min；
磁场冷却：高温固溶后直接放铁板上空冷至约1000℃，入磁场后马上加盖1-2层硅酸棉或石棉板，冷却40±8min；
将冷却完成的产品放入井式回火炉进行回火，回火工艺：620±20℃/3h±0.5h——580±20℃/6h±1h+550±20℃/10h±2h。
磁检
性能测试：试样规格为φ10×10mm圆柱，测试执行标准：《GB/T 3217-2013永磁(硬磁)材料磁性试验方法》。
磁通测试：用亥姆霍兹线圈、KCS-607磁通计检测。
精磨厚度
精磨厚度时；将磁体装入装用工装后放置立磨(M7475B)工作台面加工至127±0.05mm。
着色探伤
用专用探伤剂及显像剂对磁体探伤，以检测裂纹情况；
检测：
对产品进行磁通及重量一致性检测，选取磁通最小(定为这一批产品磁通检测的检测标准下限)的磁体线切割样柱进行性能检测；磁通最大值与最小值波动量为6％，重量波动量1％，表明该产品磁通和重量一致性较好。
磁性能：用AMT-4永磁测量仪检测；取样及测试方法参考磁检性能测试
表1磁性能检测记录
挑选磁通最值小的产品，线切割加工样柱，进行磁性能的测试。测试结果见表1，三样柱的磁性能数据集中，相互之间偏差不大，表明磁体各部分成分均匀，性能一致性较好。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (2)

1.用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一，熔炼：将按质量百分比的Al:5.0％-8.8％，Ni:12％-15％，Co22％-25％，Cu:2％-5％，余量为Fe的原材料置于双室真空定向熔炼炉熔炼得到组织为粗壮柱状晶组织；熔炼时炉内真空度<7Pa；精炼功率55～53KW,精炼时间6～10min；
步骤二，浇铸：将步骤一熔炼制备的合金液进行浇铸，浇铸时功率25±5kW，浇铸时间≤5min；
步骤三，退火：冷却后形成的铸锭进行清砂处理，然后放入箱式电阻炉退火，退火工艺：1080+/-15℃/2h+/-0.5h，随炉冷却；
步骤四，线切割；
步骤五，热处理：具体步骤如下:
1)、将产品按轴向磁化方向排列，轴向方向与不锈钢盒宽度方向平行。
2)、预热：将产品放入箱式电阻炉随炉升温至900±20℃，升温速率小于80℃/h；
3)、固溶：将充分预热好的产品转入高温炉固溶，固溶时温度为1280±10℃，时间为50±15min；
4)、磁场冷却：固溶后放置于铁板上空冷至1000℃，入磁场后加盖1-2层硅酸棉或石棉板，冷却40±8min；
5)、将冷却完成的产品放入井式回火炉进行回火，回火工艺：620±20℃/3h±0.5h——580±20℃/6h±1h+550±20℃/10h±2h；
步骤六，磁检：将磁体依次进行磁性测试和磁通测试；
步骤七，精磨厚度：将磁体装入装用工装后放置立磨工作台面加工至127±0.05mm；
步骤八，着色探伤：将磁体用专用探伤剂及显像剂对磁体探伤，以检测裂纹情况；
步骤九，检测：
1)、对产品进行磁通及重量一致性检测，选取磁通最小的磁体线切割样柱进行性能检测；磁通最大值与最小值波动量为6％，重量波动量1％；
2)、磁性能：用AMT-4永磁测量仪检测。
2.根据权利要求1所述的用于无刷励磁机上大规格异形铝镍钴磁体的制备方法，其特征在于：所述的磁体呈上边小、下边宽，其中上边和下边形成具有弧形的弧度，整个磁体的尺寸为：长×上弧/下弧×高＝127×57.1/66.7×76mm；步骤二中浇铸冷却后的铸锭尺寸为145×145×110mm。
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