LNGT88J永磁合金工藝研究

1、LNGT88J永磁合金工藝研究鄂志英 于玉林（北京北冶功能材料有限公司，北京100085）摘 要 介紹了LNGT88J合金的冶煉工藝、添加元素及反應時間對柱晶生長及磁性能的影響。圓形樣品經(jīng)過最佳磁場等溫處理及分級回火后磁性能達到：Br=1 117 mT；Hc=137 kA/m；(BH)max=101 kJ/m3。關健詞 LNGT88J，柱晶，磁性能The Research on the Technics of LNGT88J Permanent Magnetic AlloyE Zhiying, YU Yulin（Beijing Beiye Functional Materials Limite

2、d Company，Beijing 100192）ABSTRACT This paper introduces the effect of meltng trchnics，add reaction time on the growth of columnar crystal and magnetic properties of LNGT88J permanent magnetic.alloy.The magnetic properties of cylinder samples after optimum isothermal heat treatment in magnetic field

3、as well as step-tempering can reach: Br=1 117 mT, Hc=137 kA/m ,(BH)max=101 kJ/m3.KEY WORDS LNGT88J，columnar-crystal，magnetic properties 前言鑄造柱晶AlNiCo合金已廣泛的應用于通信、電子及各種儀器儀表工業(yè)中。隨著我國科學技術事業(yè)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代化先進技術、設備的大量使用，對鑄造AlNiCo合金提出了向高矯頑力，高磁能化方向發(fā)展的要求。其指標如下：Br1 100 mT、Hc128 kA/m、(BH)max88 kJ/m3。本文重點研究冶煉工藝、添加元素S和C對

4、高鈷、高鈦合金柱晶形成及對磁性能的影響。1 實驗方法將特定化學成分的合金料經(jīng)60 kW高頻感應爐熔煉完畢后，鋼液立即注入定向模中，進行定向結晶。合金試樣經(jīng)加工、熱處理后，精加工成10±0.05×60±0.1的試樣，用NIM2000F永磁性能標準檢測系統(tǒng)，測試永磁性能參數(shù)。2 實驗結果與討論2.1 合金基本成分的確定經(jīng)過實驗，確定一種含Nb成分的合金供研究，化學成分如表1所示:表1 合金的配入化學成分（質量分數(shù)，%）Table 1 Chemicl compositionsof LNGT88J alloy（mass fraction。%）AlNiCoCuTiNbSCS

5、i-CuFe6.0/8.013.0/15.037/403.06/81.00.2/0.40.10.3余經(jīng)過初步研究合金獲得了如表2所示的磁性能。 表2 合金的磁性能Table 2 Magnetic properties of LNGT88J alloyBr（mT）Hc（kA/m）(BH)max(kJ/m3)11.13134.4899.532.2 添加元素對合金柱晶的影響冶煉工藝過程中添加微量元素的順序、時機（溫度）及反應時間、加Al后的攪拌時間及出鋼溫度,其他輔助措施的應用及操作等都會對柱晶的形成與發(fā)展產(chǎn)生一定的影響。改變<1>其中一個因素也可能被其他變化著的因素的影響所掩蓋。因此必

6、須制定科學合理可控制的冶煉工藝才能獲得發(fā)達的柱晶。鐮田、安保<2>對含量為59%Ti的AlNiCo系合金S和C復合加入對柱晶生長的影響進行了研究，并獲取了良好的柱晶。另據(jù)報導<3>，Nb有促進柱晶生長，增大晶粒尺寸的作用，因而對提高合金磁性能是有利的。采用復合加入法,在加Al前向合金中加入S+C=0.4%0.5%，上述成分的合金柱晶長度長到了80 mm以上。2.3 冶煉工藝對柱晶生長的影響冶煉爐采用60 kW高頻感應爐進行。Co，F(xiàn)e，Ni，Cu混裝入爐，以最大功率快速熔化爐料，爐料熔清后升溫至1 650 時加入FeS（FeS中含31%S，0.25%C）。升溫至約1 7

7、00 時同時加入Si-Ca粉和C粉。反應060 s后加入Ti，Nb，Al并快速攪拌均勻，立即把鋼水注入放在銅質水冷結晶器上的定向砂模中(定向模模溫大于等于1 400 ，結晶器內水壓1 MPa)?？焖偕w上已加熱到1 100 以上的保溫帽，并向定向模蓋上加入500 g1 000 g左右的鈦白粉-鋁粉混合而成的高溫發(fā)熱劑。30 min40 min后從銅質水冷結晶器上取下定向砂模。產(chǎn)品冷卻到室溫后，觀察柱晶生長情況。 圖一 柱晶圖片F(xiàn)ig。1 The picture of columnar crystal2.3.1 S加入時機對柱晶成長的影響S以FeS的形式加入。FeS在爐料熔清后或在加入Al前加入對

8、柱晶生長的影響不十分明顯。2.3.2 C粉、Si-Ca粉混合加入時反應時間對柱晶生長的影響C粉、Si-Ca粉在加Al前混合加入，在鋼液中的反應時間對柱晶形成及發(fā)展影響十分顯著。反應時間在0X60 s內時所獲得的柱晶最好。柱晶長得不但直而粗大，且柱晶長度可達到100 mm以上。2.3.3 出鋼前加料順序及攪拌時間對柱晶生長的影響出鋼前加Ti、Nb、Al的順序及攪拌時間對柱晶生長質量都有十分明顯的影響。出鋼前加入Ti、Nb、Al的順序，應以盡量減少合金元素的燒損為準則。攪拌時間應盡量短，否則Al、Ti等元素燒損嚴重仍得不到良好的柱晶。2.3.4 出鋼溫度對柱晶生長的影響出鋼溫度對柱晶的影響是顯著的

9、。溫度低于1 650 時得不到直而粗大的柱晶，溫度高于1 800 時或攪拌時間過長，Al、Ti等元素將嚴重燒損，得不到良好的柱晶且樣品斷面已成暗灰色。經(jīng)過較長時間的研究與對比實驗我們發(fā)現(xiàn)，含鈮高鈷、高鈦合金要想獲得直而發(fā)達的柱晶至少有下列五個因素是不可忽視的：(a)定向模的燒結溫度必須控制在1 400 附近。模溫過低得不到直而粗大的柱晶。模溫過高易產(chǎn)生砂模軟化變形；(b)保溫帽加熱溫度應控制在大于1 100 ；(c)所添加的微量元素Si-Ca粉、C粉的加入時機(溫度)及反應時間必須嚴格控制；(d)最后加入Ti，Nb，Al的順序、攪拌時間及出鋼溫度，三個因素都必須嚴格控制；(e)所加入的高溫發(fā)熱

10、劑的發(fā)熱能力與發(fā)熱劑的配比有關，建議使用鈦白粉:鋁粉=8:2,另加入0.1%0.3%的硝酸鈉。2.4 添加元素對永磁性能的影響2.4.1 合金中 S和C殘余含量及燒損量對合金磁性的影響合金在冶煉過程中復合加入S和C，比S單獨加入具有更低的N2，O2含量，更關鍵的是S、C復合加入鋼液中，S促使TiCN，TiC夾雜物在保持時間內分解或達不到影響柱晶成長的量，并形成低熔點TiS夾雜，因而對柱晶的形成與發(fā)展起著十分重要作用。(1) 從圖二不難看出，矯頑力隨殘余S含量的提高而呈下降趨勢，剩磁和最大磁能積隨殘余S含量的提高而增加，大約殘余S含量在0.12%0.16%之間達到最大值，隨后呈下降趨勢。(2)

11、從圖三可以看出矯頑力隨殘余C含量的提高而呈下降趨勢，剩磁和最大磁能積隨殘余C含量的提高而增加，大約殘余C含量在0.02%0.03%范圍內達到最大值，隨后呈下降趨勢。嚴究結果表明，微量元素S和C燒損量分別在大于等于50%以上時，高鈷、高鈦合金可獲得直而粗大的柱晶及最佳的綜合永磁性能，其磁性指標可達到Br1 100 mT、Hc128 kA/m、(BH)max88 kJ/m3,如表3和表4所示：表3 S燒損量對合金磁性的影響Table 3 Effect of S reduction on magnetic properties序 號配入量%分析量%燒損量%Br(mT)Hc(KA/m)(BH)max(

12、KJ/m3)10.370.1072.981117.00137.5299.5120.370.1170.281100.50136.80101.6430.370.1267.571106.00134.4899.7740.370.1462.171112.00133.56101.5350.370.1559.461118.00133.01100.7860.370.1656.761118.67132.93100.8070.370.1851.361098.25134.5094.0280.370.2240.551099.00133.9692.39表4 C燒損量對合金磁性的影響Table 4 Effect of C

13、 rductionon magnetic properties序 號配入量%分析量%燒損量%Br(mT)Hc(KA/m)(BH)max(KJ/m3)10.060.0183.341115.00134.5298.1420.060.0266.671112.50133.6098.8030.060.0350.001115.80133.25101.3640.060.0433.341096.70132.1695.522.4.2 合金中S+C殘余總量對合金磁性能的影響作者在0.01%0.04% C,0.1%0.22% S之間對合金中S+C殘余總量對合金磁性能的影響進行了研究。如圖四所示，剩磁和最大磁能積隨S+

14、C殘余總量的提高而增加，而矯頑力在128 kA136 kA/m范圍內波動。大約S+C殘余總量在0.15%0.20%范圍內，剩磁和最大磁能積達到最大值，隨后呈下降的趨勢。2.4.3 Nb含量對磁性的影響如圖五所示，最大磁能積及矯頑力隨Nb含量的提高而增加，當Nb大于0.7%時矯頑力達到128 kA/m以上。而剩磁隨Nb含量的提高呈緩慢下降的趨勢。研究中發(fā)現(xiàn)，合金中Fe+Co總含量、Co/Al+Ti比值、Al+Ti總含量、S+C殘余總量都對合金柱晶及磁性能有著明顯影響。各元素綜合作用對合金磁性的影響如表5所示。表5 合金各元素綜合作用對合金磁性的影響Table 5 Effect of alloy

15、elements on magnetic properties樣品號NiCuNbS+CFe+CoCo/Al+TiAl+TiBr(mT)Hc(KA/m)(BH)max(KJ/m3)EYJ-412.83.041.100.1469.862.8512.911104134100EYJ-512.73.021.120.1769.502.8612.96112812899.4EYJ-612.72.931.040.1769.932.8412.931124130101EYJ-1012.73.051.100.1869.392.7813.241139129104EYJ-1212.73.031.060.1870.082.

16、9212.651127132103EYJ-1512.63.021.120.1769.792.8513.011101135100EYJ-1612.73.041.110.1470.132.9312.5811111331003 結論(1)采用S、C復合加入法，在加入S+C=0.3%0.5%時，在加Al前加入合金中，在特定條件下可以獲得良好的柱晶。(2)S以FeS的形式，在爐料熔清后或在加入Al前加入對柱晶生長的影響不十分明顯。(3)C粉、Si-Cu粉混合加入時，在鋼液中的反應時間在X秒時（0X60）所獲得的柱晶最好。(4)出鋼前加入Ti、Nb、Al的順序、攪拌時間、出鋼溫度對柱晶生長都有明顯的影響。(5)S和C燒損量分別達到50%以上，殘余含量分別在0.1%0.16% S，0.02%0.03% C和S+C殘余總量0.16%0.20%時可獲得最佳的綜合永磁性能。(6)Nb對高Co、高Ti合金磁性能的影響是明顯的，Nb有促進柱晶成長的作用和促進晶粒粗大化的作用。(7)含Nb高鈷和高鈦ALNiCo柱晶合金的磁性能指標可保持