專利名稱：高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利屬于磁性材料領(lǐng)域。
目前，稀土鈷永磁體主要是采用粉末燒結(jié)法生產(chǎn)的。這種磁體具有優(yōu)異的綜合磁性能，已在很多方面得到應(yīng)用。但這種磁體存在著兩個嚴(yán)重的缺點(diǎn)，其一，脆性大。由于脆性大致使磁體不能進(jìn)行車削、鉆孔，而且磨削時(shí)也只能采用小進(jìn)刀量;切割只能采用電火花線切割機(jī)床，其切片厚度難以小于2mm;在磨削、切割、性能測試、安裝和使用過程中易掉邊角、剝落，甚至斷裂;由此給磁體使用帶來的后果是廢品率高(特別對于某些薄片磁體);難以作成很薄、很小和異形磁體，這不僅浪費(fèi)材料，而且阻礙了器件輕型化小型化的進(jìn)程，影響器件的綜合性能;不能用于受沖擊和振動大的器件中。其二，粉末燒結(jié)法，工藝復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，對環(huán)境污染嚴(yán)重。由上兩方面的原因，使得燒結(jié)稀土鈷永磁體的應(yīng)用范圍受到很大的限制，其可靠性在某些情況下也不能滿足要求。
美國專利US4208-225所公布的“定向凝固韌性稀土鈷磁性合金”，可用硬質(zhì)合金刀具以小進(jìn)刀量車削，但其磁性能很低，(BH)max僅≥6MGOe，沒有多大實(shí)用價(jià)值。
本發(fā)明的目的是為了克服上述現(xiàn)有材料的缺點(diǎn)而研制出一種具有高的磁性能并兼有良好韌性的定向凝固可加工稀土鈷永磁材料。
本發(fā)明所采用的技術(shù)途徑的要點(diǎn)如下以Sm(Co、Cu、Fe、Zr)z合金系為基礎(chǔ)，引入La、Ce等稀土元素部分取代Sm，引入Cr、V、Mn、Ni、Ti等過渡族元素部分取代Fe，以在脆性基體相(2/17和1/5)上引入一種高居里溫度的塑性相(主要為Fe-Co);通過調(diào)整Fe和Cu、Sm和La、Ce以及稀土元素和過渡族元素的含量及其相對比例，控制合金中各相(2/17、1/5和Fe-Co相)的最佳體積百分比，以保證磁體磁性能和韌性的良好配合;由于塑性相是弱磁性相，故加入微量V、Ti等元素以磁硬化塑性相;采用高梯度快速真空定向凝固技術(shù)，使脆性基體相沿著〔0001〕方向定向生長，而塑性相在定向凝固時(shí)以樹枝晶方式定向生長，這樣脆性相和塑性相兩者互相鑲嵌、鉸接，使磁體具有一定的韌性和高的磁感應(yīng)剩余強(qiáng)度;通過恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，沉淀出有效的磁硬化相，以提高磁體的矯頑力。
本發(fā)明材料的成分范圍(wt%)Sm18.0-22.0La(Ce)3.0-6.5Cu6.0-12.0Fe12.0-18.0Zr1.0-3.0TR1.0-3.0(TRV、Mn、Co余量Ti中的一種或二種)本發(fā)明材料中最合適的相比例Vf〔Fe-Co〕＜6%，Vf〔1/5〕＝10-15%，Vf〔2/17〕＝80-85%。
塑性相體積百分?jǐn)?shù)Vf〔Fe-Co〕引入量與合金元素及其含量間的關(guān)系Vf〔Fe-Co〕＝80.933-2.79Zr-1.828Sm-0.773Co-0.147Cu+0.41Fe+0.218La(1)
式中元素符號代表該元素的重量百分?jǐn)?shù)，元素符號前的“+”或“-”分別表示該元素具有促進(jìn)或抑制塑性相引入的作用。
當(dāng)(Sm+La+Cu)＜38%時(shí)，且滿足關(guān)系式(1)，即可得到上述相比例的合金。
本發(fā)明材料采用的定向凝固工藝為定向溫度Td＝1220-1350℃，結(jié)晶器抽拉速度Vp＝6-15mm/min，溫度梯度G1＝250-1200℃/cm。這一工藝可獲得合金元素?zé)龘p少，成分準(zhǔn)確、均勻，柱晶寬度小、定向度好的磁體。
本發(fā)明材料采用的熱處理工藝為固溶處理(1135-1175)℃×2h時(shí)效處理(800-950)℃×1h→700℃×2h→600℃×2h→500℃×2h→400℃→出爐(＜100℃)本發(fā)明永磁材料的實(shí)施例如下表
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本發(fā)明永磁材料已成功地用于導(dǎo)彈和衛(wèi)星微波集成電路上的隔離器以及鐘表、傳感器等器件中。
本發(fā)明永磁材料有如下優(yōu)點(diǎn)1.具有較高的磁性能又兼有良好的韌性。其(BH)max比US4208-225公布的合金提高了200%左右。可進(jìn)行車削、鉆孔，可用內(nèi)圓切割機(jī)切成厚為0.2mm的薄片，且?guī)缀涡螤钔暾?br> 2.磁體的生產(chǎn)工藝較簡單，生產(chǎn)周期短，生產(chǎn)效率高。由于取向是在定向凝固過程中實(shí)現(xiàn)的，因而以定向凝固一道工序代替了粉末燒結(jié)法中從合金錠破碎、球磨、烘干、粉末磁場取向、壓制至磁體坯料燒結(jié)等一系列復(fù)雜繁瑣工序，據(jù)統(tǒng)計(jì)生產(chǎn)周期約縮短二分之一，操作工人可減少三分之一。一臺中型定向結(jié)晶爐每班可生產(chǎn)20-30Kg磁體，相當(dāng)于3-4臺一般粉末壓制機(jī)的產(chǎn)量。
3.經(jīng)濟(jì)效益高。與粉末燒結(jié)SmPrCo5磁體比較，原材料成本降低33%，工藝折算成本降低13%，總成本降低20%左右，生產(chǎn)一噸磁體可節(jié)省開支16.75萬元。
4.社會效益好。由于磁體韌性好，安裝調(diào)試方便，使用安全可靠;由于可加工特別是可切成薄片，有利于器件的輕型化、小型化;生產(chǎn)中無粉塵和有害氣體對環(huán)境的污染。
5.磁體在電子、通訊、儀表、鐘表等行業(yè)，特別在軍事和高技術(shù)領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。
權(quán)利要求
1.一種高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特征是采用Fe和Cu作為主加合金元素。
2.按權(quán)項(xiàng)1所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特征成分(wt%)是Sm 18.0-22.0 La(Ce)3.0-6.5Cu 6.0-12.0 Fe 12.0-18.0Zr 1.0-3.0 TR 1.0-3.0(TRV、Mn、Co 余量 Ti中的一種或二種)
3.按權(quán)項(xiàng)1、2所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特征加入合金元素及其加入量(wt%)是La 3.0-6.5 Zr 1.0-3.0V 0.5-1.5 Ti 0.5-1.0
4.按權(quán)項(xiàng)1、2、3所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特征相比例是Vf〔Fe-Co〕≤6%，Vf〔1/5〕＝10-15%，Vf〔2/17〕＝80-85%。
5.按權(quán)項(xiàng)1、2、3、4所指的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料，其特征工藝參數(shù)是定向凝固工藝參數(shù)溫度梯度 G1≥250℃/cm定向溫度 Td＝1120-1350℃結(jié)晶器抽拉速度 Vp＝6-15mm/min熱處理制度固溶處理(1135-1175)℃×2h時(shí)效處理(800-950)℃×1h→700℃×2h→600℃×2h→500℃×2h→400℃→出爐(＜100℃)。
全文摘要
本發(fā)明所述的高磁性能定向凝固可加工稀土鈷永磁材料的化學(xué)成分(Wt％)為
文檔編號C30B21/02GK1041238SQ8910112
公開日1990年4月11日 申請日期1989年2月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年2月16日
發(fā)明者史正興, 李昌貴, 劉新萬, 宋后定, 王樂儀, 傅恒志, 林猛華, 唐衛(wèi), 陳鐘敏, 高旭山, 陳繼志 申請人:西北工業(yè)大學(xué), 機(jī)械電子工業(yè)部第九研究所