一種鉑鈷永磁多極環及制備方法技術

一種鉑鈷永磁多極環及制備方法，屬于永磁多極環技術領域。鉑鈷永磁多極環的化學成分按重量百分數為：Pt?73-81％，余Co；將純度大于99.99％的Pt、Co置于感應爐中熔煉，待熔煉后澆鑄到冷卻定模中，冷卻定模具有沿直徑方向的均勻的溫度梯度，使鉑鈷合金鑄錠形成輻射狀的晶體組織結構。制備工藝為：使用真空感應爐熔煉鉑鈷合金，在澆筑定模中形成具有輻射狀的結晶組織；固溶熱處理；使用鹽浴熱處理方式進行二級時效熱處理；加工成環狀磁體。優點在于，實現了制備工藝簡單，沿圓周方向氣隙磁場均勻一致性好的鉑鈷永磁輻射多極環。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于永磁多極環
，特別是涉及一種鉬鈷永磁多極環及制備方法， 一種高表面氣隙磁密、高均勻性的鉬鈷永磁多極環及制備方法。
技術介紹
永磁多極環常被用如，陸用定位定向系統、高精度尋北儀以及船用高精度導航系 統等高科技控制器的核心部位中，在當今許多
起著不可替代的作用。應用中一般 要求整體、輻向或軸向多極。但是在一些先進的陀螺中，多極環往往需要在氫氣的環境中 使用，由于氫氣的氣體粘度小，導熱系數大，陀螺內部充氫后可以改善氣體動態力矩，提高 陀螺的精度，這就對多極磁環的耐氫性能、耐高溫、高精度(易加工)、磁性能以及均勻性提 出了要求。NdFeB和SmCo磁體容易與氫氣發生反應，往往不能滿足氫氣氛的工作環境。而 采用鉬鈷永磁材料來制造多極環具有良好的機械性能，可以進行熱、冷變形加工，它的耐氫 性能也很好，可以長時間在氫氣氛下使用，而其物理化學性質不發生改變。同時，鉬鈷永磁 材料具有較高的矯頑力和最大磁能積，通常矯頑力大于400kA/m(50000e)，最大磁能積大于 72kJ/m3(9MG0e)。高的矯頑力保證了磁輻射多極環在退磁場影響下的穩定性，高磁能積可 以使多極環的每極氣隙磁密波形系數優于正弦波，進而滿足更高的使用要求。可見，鉬鈷永 磁材料在現代高科技領域仍具有不可替代的地位。鉬鈷永磁材料主要采用的是鑄造永磁合金的制備工藝，這種制備工藝制造的鉬鈷 永磁合金的晶粒尺寸粗大，存在鑄造缺陷，會造成磁體性能上的不均勻。永磁多極環在使用 過程中往往對其氣隙磁密的均勻性有較高的要求，由于這種磁環在磁化方向上的特殊性， 要求多極環的組織結構在圓周方向的分布更加均勻，這對材料組織結構的控制提出了更高 的要求。目前對于鉬鈷多極環制備和均勻性控制的研究在國內外還未見相關的報道。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種鉬鈷永磁多極環及制備方法，針對耐氫性好、磁性能 高的鉬鈷永磁多極環，實現了制備工藝簡單，沿圓周方向氣隙磁場均勻一致性好的鉬鈷永 磁輻射多極環。本專利技術的鉬鈷永磁多極環化學成分按重量百分數為Pt 73-81%，余Co ；將純度 大于99. 99%的Pt、Co置于感應爐中熔煉，待充分熔煉后澆鑄到冷卻定模中，利用冷卻定模 沿直徑方向形成的均勻的溫度梯度，使鉬鈷合金鑄錠形成輻射狀的晶體組織結構。本專利技術的鉬鈷多級環的制備工藝為使用真空感應爐熔煉鉬鈷合金，在澆筑定模 中形成具有輻射狀的結晶組織；固溶熱處理；使用鹽浴熱處理方式進行二級時效熱處理； 加工成環狀磁體。(1)真空感應爐熔煉首先設計使用了具有溫度梯度的澆鑄定模(見圖1)，整個定 模的主體使用具有良好導熱性的電解銅制備，定模中央是一個圓柱形的坩堝，坩堝的底部 使用的是高純度的氧化鋁耐火隔熱材料，在定模內部有一個圍繞坩堝一周的冷水槽。使用時定模中通入冷卻水，將熔煉完畢的鉬鈷鋼液倒入定模的坩堝之中，鋼液冷卻凝固形成具 有輻射狀結晶組織的合金鑄錠。(2)固溶熱處理然后鉬鈷合金鑄錠在900-1150°C進行2-3小時的固溶熱處理，隨 后控制鉬鈷合金的冷卻速度，使合金在此過程中發生最初的無序結構到有序結構的轉變， 冷卻速度在5°C /s 50°C /s范圍內，隨著冷卻速度的降低，合金的無序到有序的轉變程度 逐漸提高，當冷卻速度大于50°C /s時，合金中就無法形成面心四方結構的有序相，這可以 從XRD圖中超結構衍射峰的增強和O00)峰的分裂觀察到(見圖2)。(3)鹽浴熱處理方式進行二級時效熱處理采用鹽浴熱處理的方法在660-700°C 進行10-20分鐘的時效熱處理，最后再在580-600°C進行0. 5-2小時的時效熱處理。(4)加工成環狀磁體時效熱處理完畢后，將鉬鈷合金鑄錠加工成尺寸精度到位 的鉬鈷永磁環，精磨加工完畢后再在250-300°C熱處理3-5小時以消除機加工過程中產生 的應力，可以使合金錠中粒子拉長，矯頑力明顯提高。后期的充磁方法采用整體一次多極充磁，通過對多極無繞線鐵芯法、單根導線法 和磁力線沖擊法等多種充磁方法的研究，采用了對小直徑有序取向磁疇結構的多極永磁環 進行充磁的裝置。在磁環的磁化過程中，充磁卡具采用單根導線設計，而磁化電源部分主要 采用可控硅并聯電路，構成了瞬時的大電流充磁磁場，實現了鉬鈷磁環內表面多極充磁、外 表面多極充磁和內外表面多極充磁。(充磁方式示意圖見圖4-圖6)本專利技術的原理為對于傳統的澆鑄方法，合金在凝固時很難保證其組織結構在圓 周方向的均勻一致性，無法形成沿徑向方向生長的結晶組織結構。我們采用一種特殊的鉬 鈷合金熔煉、澆鑄定向結晶方法。目的是使合金在凝固時形成沿圓周方向均勻一致的徑向 結晶組織結構，同時，消除凝固時形成的缺陷組織，使合金的組織結構更加均勻。因此，本 專利技術制備一種高性能、高均勻性的鉬鈷永磁輻射多極環的技術關鍵為用于制備鉬鈷永磁 多極環的合金按重量比的化學成分為Pt 73-81%，余Co。將純度大于99. 99%的Pt、Co 置于感應爐中熔煉，待充分熔煉后將合金澆鑄到如圖1所示的梯度定模中，利用直徑方向 形成均勻的溫度梯度，使鉬鈷合金液在直徑方向形成快冷卻速度。隨后在高壓氣氛或常壓 氣氛下對鉬鈷合金鑄錠進行800-1100°C高溫回火處理，目的在于消除凝固時形成的缺陷組 織，使合金的組織結構更加均勻，然后控制鉬鈷合金的冷卻速度，使合金發生最初的無序相 (fee)到有序相(fct)的轉變。專利技術的效果采用本專利技術方法，當澆鑄工藝獲得合金錠后，通過特殊的后續處理技 術(包括熱處理工藝)，研制出鉬鈷永磁多極環氣隙磁密的均勻性達到了 5-10%。拓寬了 這類磁環的應用范圍。同時針對耐氫性好的、矯頑力高的鉬鈷永磁輻射多極環，提供的制備 方法具有工藝簡單，磁環成品的加工性能好，磁環的尺寸精度易于保證的優點。附圖說明圖1為具有溫度梯度的澆鑄定模。圖2為不同冷卻速度的鉬鈷合金的χ射線衍射圖。圖3為不同Pt含量的鉬鈷合金的退磁曲線。圖4為采用本專利技術方法制備的鉬鈷永磁輻射多極環(外表面取向場)。圖5為采用本專利技術方法制備的鉬鈷永磁輻射多極環(內表面取向場)。圖6為采用本專利技術方法制備的鉬鈷永磁輻射多極環(內外表面取向場)。圖7為采用本專利技術技術制備的輻向12極鉬鈷環的計算波形與實測波形。具體實施例方式采用不同Pt含量的鉬鈷合金的退磁曲線見圖3，在此范圍內制備的合金鑄錠其磁 性能滿足多級環的要求。針對本專利技術鉬鈷永磁多級環的化學組成成分，熔煉了成分為Pt76. 1%, Co23. 9% (質量百分比)的合金，采用上述澆注定模冷卻，得到了具有輻射狀結晶組織的鉬鈷合金鑄 錠。使用此圓柱形鑄錠制備了鉬鈷永磁多級環，熱處理工藝條件為固溶熱處理，使用真空 熱處理爐，在1000°C熱處理2小時；固溶熱處理后以10°C /s的冷卻速度冷卻到室溫；時效 熱處理在鹽浴爐中進行，先在670°C處理10分鐘，然后再在600°C處理1小時。熱處理后加 工成環狀磁體，再在300°C處理3小時。圖7為采用本專利技術技術制備的12級鉬鈷多級環的 計算波形與實測波形，可見實測波形與正弦波形十分相似。表1是本專利技術鉬鈷多級磁環與傳統工藝制備的鉬鈷多級磁環的各項指標的對比。 傳統工藝制備輻射多極環氣隙磁密的不均勻性遠遠大于25%，且平均磁極氣隙磁密小于 600Gs，限制了該本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種鉑鈷永磁多極環，其特征在于，化學成分按重量百分數為：Ｐｔ　７３－８１％，余Ｃｏ；將純度大于９９．９９％的Ｐｔ、Ｃｏ置于感應爐中熔煉，待熔煉后澆鑄到冷卻定模中，利用冷卻定模沿直徑方向形成的均勻的溫度梯度，使鉑鈷合金鑄錠形成輻射狀的晶體組織結構。

【技術特征摘要】
1.一種鉬鈷永磁多極環，其特征在于，化學成分按重量百分數為Pt 73-81%，余Co; 將純度大于99. 99%的Pt、Co置于感應爐中熔煉，待熔煉后澆鑄到冷卻定模中，利用冷卻定 模沿直徑方向形成的均勻的溫度梯度，使鉬鈷合金鑄錠形成輻射狀的晶體組織結構。2.—種權利要求1所述鉬鈷永磁多極環的制備方法，其特征在于，工藝步驟如下(1)真空感應爐熔煉首先設計使用了具有溫度梯度的澆鑄定模，整個定模的主體使 用具有良好導熱性的電解銅制備，定模中央是一個圓柱形的坩堝，坩堝的底部使用高純度 的氧化鋁耐火隔熱材料，在定模內部有一個圍繞坩堝一周的冷水槽；使用時定模中通入冷 卻水，將熔煉完畢的鉬鈷鋼液倒入定模的坩堝之中，冷卻凝固形成具有輻射狀結晶組織的 合金鑄錠；(2)固溶熱處理鉬鈷合金鑄錠在900-1150°C進行2-3小時的固溶熱處理，隨后控制 鉬鈷合金的冷卻速度，使合金在此過程中發生最初的無序...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李衛，朱明剛，郭朝暉，劉濤，
申請(專利權)人：鋼鐵研究總院，
類型：發明
國別省市：11