專利名稱：鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法及輻向取向裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于永磁輻射環的制備領域，特別涉及鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法及輻向取向裝置。
背景技術：
在現有技術中，永磁輻射環是一種非常重要的磁性器件，在當今許多技術領域起著不可替代的作用，例如其應用于航空飛行器的陀螺儀中。與普通柱形、條形磁鐵的軸向磁化不同，輻射環的特點是具有輻射狀的磁化方向，即環的內、外兩側分別是磁場的兩極。將輻射環裝入特制的卡具后，可以為環形氣隙提供極性一致的磁場。應用中一般要求氣隙場均勻性好，這就相應地對輻射環的均勻性也提出了要求。首先稀土永磁都是容易被氫氣腐蝕的材料，但是輻射環的使用環境卻常常是氫氣氛的，由于氫氣比氦氣粘度小，并且導熱系數大，當陀螺內部充氫氣后，改善了陀螺氣體動態力矩，提高了陀螺的精度，這就對環的耐氫性能提出了嚴格要求，NdFeB和SmCo往往不能滿足需要。所以采用鐵鉻鈷來制造輻射環，因為鐵鉻鈷合金是一類較特殊的永磁材料，其最大特點是具有良好的機械性能，可以進行熱、冷變形加工，它的耐氫性也很好，可以長期在氫氣氛下使用而不被腐蝕，但鐵鉻鈷合金的矯頑力通常為40-50kA/m(500-600Oe)，在永磁材料中屬于較低的水平，一定程度上限制了它的廣泛使用。用普通的鐵鉻鈷合金制成的輻射環由于受退磁場的影響不但性能低，而且表面磁場不均勻甚至反向，難以在實際中應用。
其次現在常用的輻射環有NdFeB、SmCo等高性能稀土永磁環，它們是按照粉末冶金的方法制造的，而且是采用同極對頂的方法產生輻射磁場，例如在專利號為88103837，審定公告日1990年12月12日，專利名稱為輻向取向釹-鐵-硼永磁環及其制造方法中披露。而鐵鉻鈷合金自被發明以來，主要是通過鑄造工藝來生產制造的。八十年代時，國外有人嘗試用粉末冶金的方法研制鐵鉻鈷，得到的磁體性能優異，可以與鑄造合金相媲美。該方法的優點是使合金晶粒細小、無鑄造缺陷、磁性均勻，但是合金的塑性變差，失去了作為可加工永磁的主要優勢所在。且此工藝流程復雜，設備要求高，制成的磁體的性能沒有特別突出之處。在我國，此研究很少展開。第三同極對頂的方法是產生輻射磁場的常用方法，如果裝置得當，也可以獲得較高強度的磁場。我們以前曾經嘗試過這種方法，但效果不理想。首先，對頂式產生的磁場仍然較小，均勻性也較差；其次，輻射環的位置不易固定，在實驗中操作不方便；再次，由于使用此方法使磁路的導磁變得困難，要產生高磁場就必須加大電磁鐵的工作電流，設備的負荷大大增加，容易損壞電磁鐵。
發明內容
本發明的目的在于針對耐氫性好、矯頑力高的鐵鉻鈷永磁環，提供一種制備工藝簡單，磁環成品機加工性能好的鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法和結構簡單，操作方便，不易損壞，同時保證磁場取向一致和均勻性的輻向取向裝置。
根據上述目的，本發明的解決方案的工作原理為提高合金的矯頑力是制造輻射環的基礎，用高矯頑力型鐵鉻鈷合金研制的輻射環可以避免磁性不均勻和極性反向的情況。我們是通過提高主體元素的含量和添加微量元素來獲得高矯頑力鐵鉻鈷的。普通鐵鉻鈷合金(如2J84等國標牌號)的成分范圍是(wt％)Cr 20-27％，Co 12-16％，Fe余，以及Si、Mo、Ti等元素微量。(具體含量)因為Cr、Co、Mo是對矯頑力有益的元素，所以我們將Cr、Co的含量分別大幅提高至30％和20％以上，并且加入了Mo元素；為了抑制淬火過程中易出現的非磁性相，還加入了少量Zr元素。處理后鐵鉻鈷永磁輻射環的矯頑力可達76kA/m(950Oe)以上，與原先40-50kA/m(500-600Oe)相比，提高了60％以上。
鐵鉻鈷系合金的熱處理制度可分為三步固溶處理、磁場熱處理、分級回火，其中第二步磁場熱處理是中心環節，磁體的各向異性即產生于此時。第二步磁場熱處理所采用的輻向取向裝置(由附圖1、2所示)的磁場方向總是由N極出發指向S極的，并且是優先選擇磁導率大、磁阻小的材料作為流通路徑，因此磁場方向即是由棒形端指向桶形端邊緣的(極頭材料的磁導率遠大于空氣的磁導率)，這樣磁場均勻的沿圓周各個方向發散流入桶形邊緣，此時產生的磁場就是輻射狀的。
又由于成分的原因，高矯頑力型合金僅在固溶淬火后具有良好的塑性，而在成品狀態時幾乎失去了鐵鉻鈷系合金的可加工性的優勢，機械加工性能變差，這對于尺寸精度要求較高的輻射環來說是一大難題，磁環極易在后續的磨加工過程中崩邊、斷裂，我們通過調整機加工工藝流程解決了這個問題。
根據上述目的和工作原理，本發明具體的解決方案該鐵鉻鈷永磁輻射環的化學成分為(重量％)Cr31-33％，Co22-24％，Mo2-3％，Zr1-2％，余為Fe。制備上述鐵鉻鈷永磁輻射環的方法是將輻射環毛坯在1150-1200℃固溶處理淬火后就進行精密磨加工，然后將輻射環固定于輻向取向裝置，再把整個輻向取向裝置置于一微型加熱爐中，在640-650℃進行1小時的磁場熱處理，最后在620-540℃進行0.5-6小時的分級回火，再用拋光的方法拋去環的表面出現了輕微的氧化層。
上述制備永磁輻射環的方法所用的輻向取向裝置由一凸一凹的兩個電磁鐵極頭組成，其中凸形極頭呈棒形，凹形極頭呈桶形，凸形極頭伸入凹形極頭中，并留有空隙，將輻射環固定于空隙之間，兩極頭的磁場方向相反，凸形極頭的一端為N極，凹形極頭的一端為S極，磁場方向即是由棒形端發散流入桶形邊緣，此時的磁場就是輻射狀的。
本發明與現有技術相比用高矯頑力型鐵鉻鈷合金研制的輻射環可以避免磁性不均勻和極性反向的情況。處理后鐵鉻鈷永磁輻射環的矯頑力可達76kA/m(950Oe)以上，與原先40-50kA/m(500-600Oe)相比，提高了60％以上。同時針對耐氫性好的、矯頑力高的鐵鉻鈷永磁環，提供的制備方法具有工藝簡單，磁環成品機加工性能好，不易在后續的磨加工過程中崩邊、斷裂的優點；而且采用的輻向取向裝置具有結構簡單，操作方便，不易損壞，同時保證磁場取向一致和均勻性的優點。我們研制的鐵鉻鈷輻射環已成功應用于飛行器陀螺儀中。
附圖1為本發明鐵鉻鈷制備方法用輻向取向裝置的結構示意圖。
附圖2為磁場導向均勻分布的示意圖。
上述附圖中，1為凸形極頭呈棒形，2為凹形極頭呈桶形，3為輻射環，箭頭方向為磁場方向。
具體實施例方式
針對本發明鐵鉻鈷輻射環的化學組成成分，采用上述制備工藝和輻向取向裝置，制備了3批輻射環，通過NIM-2000測試儀測出處理后合金的矯頑力可達76kA/m(950Oe)以上。表1為本發明輻射環成分和性能與現有技術普通的鐵鉻鈷輻射環對比表，其中序號1-3為本發明高矯頑力鐵鉻鈷輻射環，4、5為現有技術普通的鐵鉻鈷輻射環對比例。表2為本發明制備工藝的參數表。
采用的輻向取向裝置是用高導磁率、高居里溫度和耐腐蝕性的材料加工一凸一凹的兩個電磁鐵極頭1、2，凸形極頭1呈棒形，凹形極頭2呈桶形，凸形極頭1可伸入凹形極頭2中，并留有空隙，將輻射環3可固定于空隙之間。將兩極頭1、2安裝于電磁鐵兩極后，保證極頭1、2的中心一致，空隙均勻。調整電磁鐵的電流方向，使得產生于兩極頭1、2的磁場方向相反，凸形極頭1的一端為N極，凹形極頭2的一端為S極，。當將兩極頭1、2的距離逐漸旋近并且凸形極頭1伸入凹形極頭2中一部分時，磁場方向即是由棒形端發散流入桶形邊緣，此時的磁場就是輻射狀的。
表1為本發明成分和性能與現有技術對比表
表2本發明制備工藝的參數表
權利要求
1.一種鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法，其特征在于該鐵鉻鈷永磁輻射環的化學組成分(重量％)為Cr 31-33％，Co 22-24％，Mo 2-3％，Zr 1-2％，余為Fe。上述鐵鉻鈷永磁環的制備方法包括具體如下步驟將輻射環毛坯在1150-1200℃固溶處理淬火后進行精密磨加工，然后將輻射環固定于輻向取向裝置內，再把整個輻向取向裝置置于一微型加熱爐中，在640-650℃進行1小時的磁場熱處理，最后在620-540℃進行0.5-6小時的分級回火，再用拋光的方法拋去環的表面出現了輕微的氧化層。
2.根據根據權利要求1所述的鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法所用的輻向取向裝置，其特征在于該裝置由一凸一凹的兩個電磁鐵極頭(1、2)組成，其中凸形極頭(1)呈棒形，凹形極頭(2)呈桶形，凸形極頭(1)伸入凹形極頭(2)中，并留有空隙，將輻射環(3)固定于空隙之間，兩極頭(1、2)的磁場方向相反，凸形極頭(1)的一端為N極，凹形極頭(2)的一端為S極，磁場方向是由棒形端發散流入桶形邊緣，磁場是輻射狀的。
全文摘要
本發明屬于永磁輻射環的制備領域，特別涉及鐵鉻鈷永磁輻射環的制備方法及輻向取向裝置。制備上述鐵鉻鈷永磁輻射環的方法是將輻射環毛坯在1150－1200℃固溶熱處理淬火后進行精密磨加工，然后將輻射環固定于輻向取向裝置內，再把整個輻向取向裝置置于一微型加熱爐中，在640－650℃進行1小時的磁場熱處理，最后在620－540℃進行0.5－6小時的分級回火，再用拋光的方法拋去環的表面出現了輕微的氧化層。本發明與現有技術相比針對耐氫性好的、矯頑力高的鐵鉻鈷永磁環，提供的制備工藝簡單，磁環成品機加工性能好；同時采用的輻向取向裝置具有結構簡單，操作方便，不易損壞，同時保證磁場取向一致和均勻性的優點。
文檔編號H01F41/02GK1588591SQ20041008031
公開日2005年3月2日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者李衛, 李騰, 潘偉, 金瑞湘, 陳敏勤 申請人:鋼鐵研究總院