CN109778074A - 一种高矫顽力铝镍钴永磁合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种高矫顽力铝镍钴永磁合金，以质量份数计，所述合金中各元素的成分为6‑8％Al、12‑20％Ni、24‑36％Co、3‑5％Cu、0‑6％Ti、0.1‑5％Sm、0.5‑1.5％Nb、0‑0.5％Zr，余量为Fe；本发明还公开了一种如上所述的铝镍钴永磁合金的制备方法，包括以下步骤：先按照各元素的成分比例制备母合金，再进行固溶处理，然后进行磁场等温处理，最后进行分级时效处理，得到合金终产品。较商用成熟的alnico5和alnico8永磁体，本发明的永磁合金具有较大的矫顽力和较好的剩磁，综合磁性能好。

Description

一种高矫顽力铝镍钴永磁合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，具体涉及一种高矫顽力铝镍钴永磁合金及其制备方法。

背景技术

永磁材料由于能够提供永久磁场，是各种机电设备中不可或缺的元器件。在现有永磁材料中，稀土永磁具有最高的磁能积，相比之下铝镍钴的磁能积较小。尽管如此，稀土永磁由于含有大量稀土元素，尤其是重稀土元素，成本较高；而且，稀土永磁居里温度较低，并且磁温度系数较高，不适用于高温场景。而铝镍钴永磁具有小的温度系数，且耐腐蚀性能好，成本相对更低，所以仍被人们广泛使用。

铝镍钴永磁的磁能积远小于其理论值，研究如何提高其磁性能具有重要意义。不同于稀土永磁，铝镍钴永磁的矫顽力主要来源于合金调幅分解后磁性相的形状各向异性。细化晶粒、增加晶粒形状各向异性有利于提高矫顽力。另一方面，稀土永磁相具有高的各向异性场，合金中稀土永磁相的形成则也有利于提高合金矫顽力。因此，探索通过向铝镍钴合金材料复合一定量的稀土永磁相并采用合适的热处理工艺是提高铝镍钴合金的矫顽力的一种可能的途径。

发明内容

为解决以上技术问题，本发明的目的之一在于提供一种高矫顽力铝镍钴永磁合金，本发明通过适量添加Sm、Nb、Zr等稀土元素并进行适当的热处理，提高了铝镍钴合金的矫顽力。技术方案如下：

一种高矫顽力铝镍钴永磁合金，其关键在于，以重量份数计，所述合金含有6-8％Al、12-20％Ni、24-36％Co、3-5％Cu、0-6％Ti、0.1-5％Sm、0.5-1.5％Nb、0-0.5％Zr，余量为Fe。

本发明的目的之二在于提供一种铝镍钴永磁合金制备方法。技术方案如下：

一种如上所述的铝镍钴永磁合金的制备方法，其关键在于包括以下步骤：

先按照各元素的配比制备母合金，再进行固溶处理，然后进行磁场等温处理，最后进行分级时效处理，得到合金终产品。

作为优选技术方案，上述所述固溶处理在1180-1250℃下进行，保温时间为10-40min。

作为优选技术方案，上述磁场等温处理于磁场强度≥5000Oe的条件下进行。

作为优选技术方案，上述所述磁场等温处理于800-850℃下进行，保温时间为10min。

作为优选技术方案，上述分级时效处理于500-660℃下进行，保温时间为2-48h。

作为优选技术方案，上述分级时效处理包括三个阶段，其中第一阶段的温度为640-660℃，时间为2.5-3h；

第二阶段的温度为580℃，时间为10-16h；

第三阶段的温度为500℃，时间为40-48h。

作为优选技术方案，先按照各元素成分比例进行合金配料，并在惰性气体保护下进行真空熔炼得到所述母合金。

附图说明

图1为实施例3的合金的退磁曲线；

图2为实施例3的合金的X射线衍射(XRD)图谱；

图3为实施例3的合金的金相图：(a)横截面，(b)纵截面；

图4为实施例4的合金的退磁曲线；

图5为实施例4的合金的XRD图谱；

图6为实施例5的合金的退磁曲线；

图7为实施例5的合金的XRD图谱；

图8为实施例5的合金的金相图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明。

(一)铝镍钴合金

一种高矫顽力铝镍钴永磁合金，以重量份数计，所述合金含有6-8％Al(铝)、12-20％Ni(镍)、24-36％Co(钴)、3-5％Cu(铜)、0-6％Ti(钛)、0.1-5％Sm(钐)、0.5-1.5％Nb(铌)、0-0.5％Zr(锆)，余量为Fe(铁)。表1列出了实施例1～6的铝镍钴合金中各元素的含量。

表1典型实施例的合金成分

(二)铝镍钴合金的制备

一种铝镍钴永磁合金的制备方法，步骤为：

先按照各元素成分比例进行合金配料，在氩气保护下进行真空熔炼得到所述母合金；

再进行固溶处理，于1180-1250℃下进行，保温时间为10-40min；固溶处理后，根据合金成分的不同，可使用水淬冷却或降温至850℃以下；

然后进行磁场等温处理，磁场强度≥5000Oe，于800-850℃下进行，保温时间为10min；

最后进行分级时效处理，于500-660℃下进行，保温时间为2-48h，得到合金终产品。

其中，固溶处理和磁场热处理均可以在惰性气氛中进行，以减少氧化，从而有助于提高磁体剩磁。

下面以实施例3、4和5为例，详细说明制备过程。

实施例7

制备实施例3的合金，其成分为Al_7.8Ni_16.5Co₃₄Cu₄Ti₅Sm_0.5Nb_0.5Fe_31.7。首先按照元素配比取原料，真空感应熔炼，利用水冷坩埚，将熔液浇注为薄板铸锭。随后切割薄板铸锭为边长10mm的正方体样品，并把样品放入玻璃管中进行真空封装。随后将封装好的样品放入退火炉中进行退火，温度为1250℃，保温20min，并进行水淬。之后将样品放入磁场退火炉中，温度为830℃，保温10min，磁场大小为6000Oe。随后将样品取出进行分级时效处理，第一阶段温度及保温时间分别为660℃和2.5h，第二阶段温度及保温时间分别为580℃和10h，第三阶段温度及保温时间分别为500℃和40h，三个阶段连续进行。热处理后，将样品取出，除去表面氧化皮后进行磁性能测试，其退磁曲线如图1所示，图中纵坐标为磁化强度(Magnetization)，横坐标为磁场强度(Field)。磁体矫顽力为1980Oe，剩磁为9.3kGs，磁能积为10.2MGOe。图2为其XRD图谱，图中纵坐标为衍射峰强度(Intensity)，可以看出，合金由FeCo及AlNi相组成，且有强的(200)织构。图3为样品经王水腐蚀后的金相图，两图分别为横截面及纵截面的组织，由图可知，合金晶粒粗大且为柱状晶。

以上方法中，通过固溶处理，可消除合金中有损磁性能的γ相，使之成为单一α固溶体。在较高磁场强度下进行热处理，有利于α相调幅分解后各向异性的增强。后续回火处理则可增加硬磁性，提高合金矫顽力，逐步降温进行回火可减少剩磁的降低。

实施例8

制备实施例4的合金，其成分为Al_7.2Ni_14.5Co₃₄Cu₄Ti₅Sm₂Nb_0.8Zr_0.3Fe_32.2。首先按照元素配比取原料，真空感应熔炼，利用水冷坩埚，将熔液浇注为薄板铸锭。随后切割薄板铸锭为边长10mm的正方体样品，并把样品放入玻璃管中进行真空封装。随后将封装好的样品放入退火炉中进行退火，温度为1180℃，保温30min，并进行水淬。之后将样品放入磁场退火炉中，温度为820℃，保温10min，磁场大小为6000Oe。随后将样品取出进行分级时效处理，第一阶段温度及保温时间分别为650℃和3h，第二阶段温度及保温时间分别为580℃和16h，第三阶段温度及保温时间分别为500℃和48h，三个阶段连续进行。热处理后，将样品取出，除去表面氧化皮后进行磁性能测试，其退磁曲线如图4所示。磁体矫顽力为2.5kOe，剩磁为7.1kGs，磁能积为8.3MGOe。图5为其XRD图谱，可知合金由FeCo及AlNi相组成，且有强的(200)织构。此外，还有少量的Sm₂Co₁₇相。该Sm-Co硬磁相有利于增大磁体矫顽力。向合金中加入Nb和Zr后，有助于细化晶粒，增加调幅分解后磁性相(主要是FeCo相)的形状各向异性。

实施例9

制备实施例5的合金，其成分为Al₈Ni_14.2Co₂₄Cu₃Ti_0.5Sm₂Nb₁Fe_47.3。首先按照元素配比取原料，真空感应熔炼，利用水冷坩埚，将熔液浇注为薄板铸锭。随后切割薄板铸锭为边长10mm的正方体样品，并把样品放入放入退火炉中进行退火，温度为1180℃，保温20min，并进行水淬。之后将样品放入磁场退火炉中，温度为810℃，保温5min，并在磁场中控温冷却，磁场大小为6000Oe。随后将样品取出进行分级时效处理，第一阶段温度及保温时间分别为640℃和3h；第二阶段温度及保温时间分别为580℃和16h；第三阶段温度及保温时间分别为500℃和48h。热处理后，将样品取出，除去表面氧化皮后进行磁性能测试，其退磁曲线如图6所示。磁体矫顽力为0.95kOe，剩磁为11.0kGs，磁能积为5.1MGOe。图7为其XRD图谱，可知合金由FeCo及AlNi相组成，且有强的(200)织构。此外，仔细比对图谱可发现，在FeCo(110)峰的旁边有微弱Sm₂Co₁₇特征峰存在。图8为合金纵截面的金相图，热处理后晶粒尺寸约为100-150μm。

本发明通过元素的合理的配比，通过在常用AlNiCo合金中添加适量Sm、Nb、Zr元素，并经固溶处理、磁场热处理及分级时效处理，调节合金的相组成，细化晶粒，提高各向异性，从而获得综合磁性能较好的铝镍钴永磁合金。

有益效果：较商用成熟的alnico5(典型磁性能：剩磁13.0kGs，矫顽力0.65kOe，最大磁能积6.0MGOe)和alnico8(典型磁性能：剩磁10.0kGs，矫顽力1.4kOe，最大磁能积9.0MGOe)永磁体，采用以上方法制得的合金具有较大的矫顽力和较好的剩磁，综合磁性能好。

最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高矫顽力铝镍钴永磁合金，其特征在于：以重量份数计，所述合金含有6-8％Al、12-20％Ni、24-36％Co、3-5％Cu、0-6％Ti、0.1-5％Sm、0.5-1.5％Nb、0-0.5％Zr，余量为Fe。

2.一种如权利要求1所述的铝镍钴永磁合金的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

先按照各元素的配比制备母合金，再进行固溶处理，然后进行磁场等温处理，最后进行分级时效处理，得到合金终产品。

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：所述固溶处理在1180-1250℃下进行，保温时间为10-40min。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于：所述磁场等温处理于磁场强度≥5000Oe的条件下进行。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述磁场等温处理于800-850℃下进行，保温时间为10min。

6.根据权利要求2～5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述分级时效处理于500-660℃下进行，保温时间为2-48h。

7.根据权利要求2～5任意一项所述的制备方法，其特征在于：所述分级时效处理包括三个阶段，其中第一阶段的温度为640-660℃，时间为2.5-3h；

第二阶段的温度为580℃，时间为10-16h；

第三阶段的温度为500℃，时间为40-48h。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：先按照各元素成分比例进行合金配料，并在惰性气体保护下进行真空熔炼得到所述母合金。