專利名稱：粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的生產工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種永磁合金的生產工藝，特別適用于高磁性能粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的生產工藝。
背景技術：
由于粉末燒結工藝制造鋁鎳鈷鈦永磁合金產品，密度比鑄造工藝制造的鋁鎳鈷鈦永磁合金產品要低，(GB/T17951-2000標準給出的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金二個牌號AlNiCo31/11和AlNiCo33/15的密度均為7.0g/cm3，給出的鑄造鋁鎳鈷鈦永磁合金二個牌號AlNiCo38/11、AlNiCo36/15的密度為7.3g/cm3)，因此國內生產的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的磁性能，達不到鑄造鋁鎳鈷鈦永磁合金的磁性能指標(具體見表1和表2)。
GB/T17951-2000和GB4753-84標準粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的磁性能表表1
GB/T17951-2000和GB4753-84標準鑄造燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的磁性能表 表2
由于用鑄造工藝制造的鋁鎳鈷鈦永磁合金產品，精度差、制作小而復雜形狀的產品難度高、表面質量差等問題，難以制造體積小、薄、精度高、表面質量好的產品。粉末燒結工藝能制造滿足這方面要求的產品，但磁性能低，如能從合金的化學成份(配方)、燒結、熱處理等關鍵工藝上突破，即能制出本身特點又能制出與鑄造工藝相同磁性能的產品。
發明內容
本發明需要解決的技術問題是，生產出Co元素含量介于傳統百分比之外的36～38％之間，且密度能夠達到7.1～7.3g/cm3的鋁鎳鈷鈦永磁合金，其磁性能可以達到用鑄造方法制造的鋁鎳鈷鈦永磁合金才能達到的指標。
1、配方的創新。鋁鎳鈷鈦永磁合金的配方是產品能否達到高磁性能的首要條件。傳統配方(見表3)GB/T17951-2000標準AlNiCo31/11和AlNiCo33/15的化學成份，由于在Co的重量百分比上考慮了影響Fe的含量，而不使剩磁(Br)過低和本身對矯頑力(Hcb)的影響，確保最大磁能積[(BH)max]，確定了表3的合金化學成份百分比(重量)范圍。故使磁性能主要的三個參數[Br、Hcb、(BH)max]達不到更高的數值。
本發明的配方大膽根據各金屬元素對合金磁性能作用，作了突破性的更改配方中的Co元素含量介于傳統百分比之間，同時對其它金屬元素作了調整。具體合金的配方見表3。
粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的配方 表3
2、燒結按表3本工藝配方(可根據磁性能要求，確定重量百分比數值)配制金屬粉料(可用單元素粉料，也可用二～四元素金屬合金粉料配制)。混合均勻后，壓制成形，通過燒結，使壓制成形的產品密度提高和混合的單元素金屬合金化，成為鋁鎳鈷鈦永磁合金。
粉末燒結鋁鎳鈷永磁合金的燒結過程是一個復雜的物理、化學過程。均采用多級燒結工藝來完成粉末顆粒間接觸面積增大；粉末顆粒相互溶解；固溶體均勻化過程。是屬生成液相多元系燒結過程，目的能獲得高的致密產品。
上述燒結溫度和時間等工藝參數隨產品的要求而確定。本發明的關鍵處在1和3的條件下，為使合金能達到Br為840～1000mT、Hcb為90～145KA/m、(BH)max為34～50KJ/m3磁性能，從室溫至1350℃的燒結工藝，采用多級升溫、保溫，使產品達到7.1～7.3g/cm3。典型燒結工藝(四級)如下從室溫用1～2小時升至400～500℃，保溫0.5～1小時；再用0.5～1.5小時升溫至700～800℃，保溫0.5～1小時；再用1～3小時升溫至1000～1200℃，保溫0.5～1.5小時；再用1～3小時升溫至1280～1350℃，保溫2～6小時；然后隨爐冷卻或充入氬氣冷卻至100℃左右出爐。得到比一般工藝(7.0g/cm3)高的密度(7.1～7.3g/cm3)。對提高磁性能起到積極的作用。
上述燒結工藝，均在抽真空或抽真空后放入氫氣保護下進行。
上述燒結工藝也適用于GB/T17951-2000標準的AlNiCo34/5和AlNiCo26/6牌號的產品。
再經過傳統的熱處理即可得到本發明的鋁鎳鈷鈦永磁合金產品。
鋁鎳鈷鈦永磁合金的熱處理，均在非真空狀態下進行。由使合金成為單一的α相的高溫固溶；α相分解為α1+α2相，避免有害磁性能γ相出現及調節Br和Hcb參數的控速冷卻；使磁矩向磁場方向一致排列，形成磁性能各向異性，從而達到提高磁性能目的。磁場等溫處理和使α1相中除Fe以外元素與α2相中的Fe進行交換，使α1相盡可能只有Fe，α2相中盡可能只有除Fe以外的元素，從而實現合金在Br不明顯下降的前提下，使Hcb得到大幅度提高，從而提高磁能積的回火處理組成。
上述熱處理溫度、時間等工藝參數隨成份和合金產品的大小而確定，均為傳統工藝。但是本發明的關鍵之一在上述1和2的條件下，為使合金達到Br為840～1000mT、Hcb為90～145KA/m、(BH)max為34～50KJ/m3磁性能，其優化的熱處理工藝如下固溶處理隨爐升溫(從常溫升溫)或經800℃～950℃預熱后，再送入高溫爐升溫至1250℃以上(具體溫度以不熔化為原則)，保溫10～20分鐘(視產品大小而定)，使合金完全為α相。
磁場中控速冷卻鋁鎳鈷鈦永磁合金產品達到完全為α相后，立即從固熔的高溫爐中取出，放入磁場強度大于等于160 KA/m(2000 Oe)的磁場中，以每分鐘80℃～170℃的冷卻速度(視具體磁性能要求確定冷卻參數)，使產品溫度下降至900℃～870℃，立即進入放在磁場強度大于等于239 KA/m(3000Oe)磁場中的等溫爐內，在800℃～870℃溫度下，保溫10～20分鐘(等溫溫度和保溫時間按合金的實際成份和磁性能要求確定)。而后隨爐降溫至600℃以下出爐。
回火處理采用三級回火制度，具體按合金成份，產品大小，磁性能要求等確定參數。
隨爐升溫至630℃～680℃，保溫2～4小時(第一節回火)；隨爐冷卻至590℃～620℃，保溫4～8小時(第二節回火)；隨爐冷卻到580℃～550℃，保溫10小時～15小時(第三節回火)；隨爐冷卻到500℃以下出爐。
1、本發明工藝通過對粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金制造過程關鍵的配方、燒結、熱處理工序的工藝方法的改進和創新使配方為國家GB/T17951-2000標準外的一種獨特粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的一組化學成份(具體見表3)。
2、用本發明工藝制造的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金產品的磁性能達到Br840～1000mT、Hcb90～145KA/m、(BH)max34～50KJ/m3，達到了用鑄造方法制造的鋁鎳鈷鈦永磁合金才能達到的指標，是我國粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金標準中沒有的一個系列牌號(具體見表1、表2)。
3、本發明工藝和傳統的工藝一樣可制造矩形、圓柱、環形及它們改形的其他形狀的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金產品。
采用本發明工藝制造的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金做成的10×10×30的9件樣品，本公司進行磁性能測試，其性能指標如下Br840～900mT、Hcb118.6～123.4KA/m、(BH)max42.24～47.12KJ/m3做成的Φ9.7×9.4的圓柱形6件樣品，送中國計量科學研究院測試，性能如下Br840～900mT、Hcb118.6～123.4KA/m、(BH)max為42.24～47.12KJ/m3從上述試制的樣品測試結果說明，通過本工藝方案的調整，磁性能完全可以達到表7的指標。
具體實施例方式
按不同的磁性能要求，設定三種化學成份的配方(見表4)，每一種配方選擇三個不同的燒結(見表5)和熱處理制度(見表6)，得到九組Br、Hcb、(BH)max的磁性能數據(見表7)，具體如下1、配方三組化學成份配方(重量百分比) 表4
2、燒結三種真空燒結制度 表5
3、熱處理三種熱處理制度 表6
4、磁性能三種不同化學成份的配方(見表4)，每一種配方經三種燒結方法(見表5)和三種熱處理制度(見表6)，所得的9組磁性能見表7
磁性能參數表7
工藝要點a、配料原材料為金屬Al、Ni、Co、Cu、Ti、Fe、Nb的粉料或上述金屬的合金粉料，如CoAl合金、TiFe合金、NbFe合金等。有時為使鋁鎳鈷永磁合金的機械強度得到提高，便于機械加工，可微量加入Si、S等元素。
b、配制根據需要的總重量，按配方的重量百分比稱取各種金屬元素。
配方Al6～8％，Co36.1～37.9％，Cu2.5～5％，Nb0.2～1.5％Ni10～14％，Ti5～8％，均為重量百分比。
由于鋁鎳鈷永磁合金的化學成份是決定磁性能的先天條件。配方在Co的含量上作了突破性的變動，是介于GB/T17951-2000標準AlNiCo31/11和AlNiCo33/15牌號之間的含量。同時對其它金屬元素的比例作了相應的調整，形成一個獨立的配方，它與燒結和熱處理改進的工藝配套實施，能制作只有鑄造鋁鎳鈷鈦永磁合金能達到的磁性能的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金(見表1、表2和表7)。
混合配好的粉末料裝入圓筒，V字筒或其它筒內，滾動使各種金屬粉料均勻地混合在一起。
c、還原處理在純度99.99％的氫氣保護下，520℃±10℃，保溫2～4小時，使各金屬粉料表面氧化物，進行脫氧還原成金屬。
d、壓制成型將還原后的粉料，裝入壓制模具腔內，上壓機壓制成圓柱形、矩形、環形及它們改形的其它形狀的粉末制品。
e、燒結粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金，要獲得理想的磁性能，密度和合金化是關鍵的要素之一，與粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的化學成份一樣是先決條件。傳統工藝從室溫到800℃、800～1300℃、1300～1350℃經適當時間升溫和保溫，來完成提高密度和液相燒結，得到的密度為7g/cm3(見GB/T17951-2000標準表工V)。因此，粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金難以達到Br840～1000mT、Hcb90～145KA/m、(BH)max34～50KJ/m3的磁性能。
新的燒結工藝從室溫用1～2小時升至400～500℃，保溫0.5～1小時；再用0.5～1.5小時升溫至700～800℃，保溫0.5～1小時；再用1～3小時升溫至1000～1200℃，保溫0.5～1.5小時；再用1～3小時升溫至1280～1350℃，保溫2～6小時；隨后隨爐冷卻300℃以下出爐。得的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的密度為7.1～7.4克/cm3。通過合理的熱處理，可獲得Br840～1000mT、Hcb90～145KA/m、(BH)max34～50KJ/m3的磁性能。
注以上工藝過程均在氫氣等媒體的保護下進行。
本燒結工藝也適用于GB/T17951-2000標準的AlNiCo34/5和AlNiCo26/6牌號的產品，產品密度也能達到≥7.1g/cm3。
f、熱處理由于不同化學成份的鋁鎳鈷鈦永磁合金均有最佳的熱處理制度，通過設計，用以下工藝能得到表7的磁性能。
固溶產品隨爐升溫(或經800～950℃預熱后，再送入大于等于1250℃的爐內升溫)至1250℃以上(具體以不熔化為原則)，保溫10～20分鐘(視產品大小確定時間)。磁場中控速冷卻從固溶后的爐內取出產品，立即進入磁場強度大于等于160KA/m的磁場中，以80～170℃/分鐘的冷卻速度(視磁性能要求確定具體冷卻制度)，使產品降至870～900℃后冷卻至室溫后進入等溫爐(或產品降至870～900℃后立即進入等溫爐)。
磁場等溫處理產品進入等溫爐，等溫爐在磁場強度大于等于239 KA/m中，在800～870℃溫度下保溫10～20分鐘(根據產品大小，磁性能要求和合金成份具體確定保溫溫度和保溫時間)，保溫溫度誤差為±5℃，而后隨爐降溫至600℃以下出爐。
回火處理產品隨爐升溫至630～680℃保溫2～4小時；隨爐冷卻至590～620℃保溫4～8小時；再隨爐冷卻到580～550℃，保溫10～15小時后，隨爐冷卻至500℃以下出爐。
上述熱處理制度，能使本方法的配方范圍的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金得到Br840～1000mT、Hcb90～145KA/m、(BH)max34～50KJ/m3的磁性能產品。
然后根據要求進行外形加工，得到所需的高磁性能粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的產品。
權利要求
1.一種粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的生產工藝，其特征在于1)配方(粉末原料重量％)Al(鋁)6～8， Co(鈷)36.1～37.9，Cu(銅)2.5～5， Nb(鈮)0.2～1.5， Ni(鎳)10～14，Ti(鈦)5～8， Fe(鐵)其余量；2)多級燒結從室溫至1350℃，多級升溫、保溫，然后隨爐冷卻或充入氬氣冷卻至100℃左右出爐；3)熱處理。
2.根據權利要求1所述的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的生產工藝，其特征在于所述的多級燒結是四級燒結a)從室溫用1～2小時升至400～500℃，保溫0.5～1小時，b)再用0.5～1.5小時升溫至700～800℃，保溫0.5～1小時，c)再用1～3小時升溫至1000～1200℃，保溫0.5～1.5小時，d)再用1～3小時升溫至1280～1350℃保溫2～6小時，然后隨爐冷卻或充入氬氣冷卻至100℃左右出爐。
3.根據權利要求1所述的粉末燒結鋁鎳鈷鈦永磁合金的生產工藝，其特征在于所述的熱處理包括a)固溶處理隨爐升溫(從常溫升溫)或經800～950℃預熱后，再送入高溫爐升溫至1250℃以上不致熔化，保溫10～20分鐘，使合金完全為α相；b)磁場中控速冷卻鋁鎳鈷鈦永磁合金產品達到完全為α相后，立即從固熔的高溫爐中取出，放入磁場強度大于等于160 KA/m(2000 Oe)的磁場中，以每分鐘80～170℃的冷卻速度，使產品溫度下降至900～870℃，立即進入放在磁場強度大于等于239 KA/m(3000 Oe)磁場中的等溫爐內，在800～870℃溫度下，保溫10～20分鐘；而后隨爐降溫至600℃以下出爐；c)回火處理采用三級回火制度，具體按合金成份，產品大小，磁性能要求等確定參數；隨爐升溫至630～680℃，保溫2～4小時(第一節回火)；隨爐冷卻至590～620℃，保溫4～8小時(第二節回火)；隨爐冷卻到580～550℃，保溫10小時～15小時(第三節回火)；隨爐冷卻到500℃以下出爐。
全文摘要
本發明涉及一種鋁鎳鈷鈦永磁合金燒結工藝,其特征在于:1)配方(粉末原料重量%):Al(鋁)6～8,Co(鈷)36.1～37.9,Cu(銅)2.5～5,Nb(鈮)0.2～1.5,Ni(鎳)10～14,Ti(鈦)5～8,Fe(鐵)其余量;2)多級燒結,然后隨爐冷卻或充入氬氣冷卻至100℃左右出爐;其中典型的工藝是四級燒結;3)熱處理。用本發明工藝制造的鋁鎳鈷鈦永磁合金的密度可以達到7.1～7.3g/cm
文檔編號C22C38/14GK1388261SQ0113048
公開日2003年1月1日 申請日期2001年11月21日 優先權日2001年10月9日
發明者俞松法, 霍福強, 豐光躍 申請人:杭州永磁集團有限公司