一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法技术

本发明专利技术公开了一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法，包括以下步骤：稀土软磁合金粉末成分按重量份为：Ni：79.0‑80.0份，Mo：1.5‑2.5份，Gd：1.0‑2.0份，Si：0.5‑1.0份，Fe余量。采用激光直接沉积技术制备稀土软磁合金，然后对成型的软磁合金进行热处理。本发明专利技术采用缺陷量化方式对新型稀土软磁合金的磁性能进行调控，建立缺陷与软磁性能的数字化联系，最终获得自定义规格的高性能高致密度的稀土软磁合金。最优工艺参数：激光功率700‑900W，光斑尺寸3‑6mm，激光扫描速度4～15mm/s，送粉率25～30g/min。本发明专利技术满足航空航天与船舶导航等精密器件对高性能软磁合金的定制化需求，在军事与高精度工业中具有重要的应用前景。

A Rare Earth Soft Magnetic Alloy by Laser Direct Deposition and Its Magnetic Property Regulation Method

【技术实现步骤摘要】
一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法
本专利技术涉及软磁合金材料冶金工艺领域，具体涉及一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法。
技术介绍
铁镍系软磁合金材料是一种具有高磁导率和低矫顽力的软磁材料，由于其特殊的磁性、机械、电特性，广泛应用于磁感变压器、滤波电感器等电子器件，在当今磁性材料市场占有的重要地位。为适应各领域的应用，通过调控软磁合金的成分含量，添加一种或几种稀土合金元素如Gd、Nd、La等，可以获得各种各样的具有不同特点的软磁合金，结合各种调控方法，从而获得满足各应用领域要求的性能优异的软磁合金。激光直接沉积技术在制备功能性材料方向近年来得到大力发展，并快速发展成为一种可行的技术。激光因其高的能量密度，良好的方向性，大光斑，快的扫描速度等优势，成为加工软磁铁镍合金的先进技术，加工过程绿色环保，结合扫描轨迹编程可以高效的快速复杂成型。与激光直接沉积技术方面优势相比，金属浇筑，机械冶金，高能烧结，热喷涂等传统方法制备的软磁合金，会导致由于大面积高温条件下的过度晶粒生长而导致磁性的降低，并受至于有限的加工空间。创新发展新型软磁合金受制于昂贵的生产线调整，对于软磁合金的研发产生不利影响。激光直接沉积成型制备可以获得组织细小、成分均匀、可成型复杂结构等特点，是制备高性能高致密度软磁合金的最佳方法之一。
技术实现思路
本专利技术提供了一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法。按照自主专利技术成分配比，采用热惰性气体雾化法方式(或旋转电极雾化方式)，制备获得球形度良好，成分均匀的NiFeGdMoSi稀土软磁合金粉末。本专利技术对稀土软磁合金中缺陷进行综合量化提取，建立缺陷与软磁性能参数的数字化联系，从而采用缺陷量化手段实现对软磁性能的优化调控；再经过热处理优化流程，最终获得一种高性能高致密度的稀土软磁合金。实现本专利技术的技术方案是一种激光直接沉积的稀土软磁合金及其磁性能调控方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)采用成分配比制备NiFeGdMoSi稀土软磁合金粉末，成分按重量分为：Ni：79.0-80.0份，Mo：1.5-2.5份，Gd：1.0-2.0份，Si：0.5-1.0份，Fe余量。采用热惰性气体雾化方式(或旋转电极雾化方式)制备粉末，用氧化镁坩埚进行熔炼至合金溶液，然后浇入中间包开始高温超音速惰性气体雾化，随后进行筛粉，最终获得球形度良好，平均粒度为200目-300目的稀土软磁合金粉末。其中利用高温超音速惰性气体，不仅可以提高雾化效率，通过控制速度达到控制颗粒度的目的，还有效避免粉末的氧化过程；(2)进行激光直接沉积成型，包括以下部分。首先进行第1层稀土软磁合金粉末熔覆后，需进行一次激光表面重熔；在此基础上完成第2层稀土软磁合金粉末熔覆后，需再进行一次激光表面重熔；随后保持设计好的激光熔覆工艺参数进行持续的激光直接沉积成型；(3)采用LEMOExportsoftware于对稀土软磁合金中气孔、裂纹等缺陷进行综合量化提取，误差控制在0.1％，建立缺陷与软磁性能参数的数字化联系，从而采用缺陷量化手段实现对软磁性能的调控；(4)将样品放置于900～1180℃加热炉内，进行2-3小时的热处理。热处理工艺改善软磁合金的冶金质量，去除内应力等因素，减少其对合金磁矩或磁畴在外磁场作用下转动的阻力，从而改善软磁性能，如提高饱和磁感应强度，降低矫顽力；(5)采用缺陷量化方式对稀土软磁合金磁性能进行调控的范围包括：孔隙度在4.0％～6.6％之间，调控矫顽力为26.42A/m～50.10A/m，饱和磁感应强度为0.43T～0.67T；孔隙度在2.1％～4.0％之间，调控矫顽力为22.79A/m～26.42A/m，饱和磁感应强度为0.67T～0.79T；孔隙度在0.6％～2.1％之间，调控矫顽力为19.15A/m～22.79A/m，饱和磁感应强度为0.79T～0.88T；孔隙度在0.1％～0.6％之间，调控矫顽力为14.49A/m～19.15A/m，饱和磁感应强度为0.88T～0.95T。(6)采用激光加工工艺参数：激光输出功率700W-900W，圆光斑尺寸3mm-6mm，激光扫描速度为7mm/s～25mm/s，送粉速率为25g/min～30g/min，送粉的气体流量为350L/h，激光熔覆过程采用流量为20L/min的氩气保护；(7)实时监测系统进行闭环调控，包括电荷耦合视觉传感器(CCD)系统与红外热像仪系统(FLIRSystems)。可以有效监测软磁合金的成型质量，根据反馈数据对激光加工工艺参数进行实时调整。本专利技术的有益效果是：(1)专利技术了一种稀土软磁合金材料，成分按重量分为：Ni：79.0-80.0份，Mo：1.5-2.5份，Gd：1.0-2.0份，Si：0.5-1.0份，Fe余量。拓展了软磁合金在航空航天等高端领域的应用范围，提升我国在软磁合金领域的综合应用技术水平。(2)闭环反馈系统，包括电荷耦合视觉传感器(CCD)系统与红外热像仪系统(FLIRSystems)。可以实现对软磁合金的良好成型与自定义规格控制，避免了原研发、生产过程中对生产线的耗时耗资的调整，适于航天军事与高精度工业中对自定义规格与实时需求的特殊要求，加速我国冶金企业与航天等高端领域的技术变革和产业进步，因此具有显著的应用前景与发展空间。(3)通过对软磁合金中气孔、裂纹等缺陷综合量化提取，建立缺陷与软磁性能参数的数字化联系，从而采用缺陷量化手段实现对软磁性能的调控；这一新型调控方式增加了材料科学理论、磁学基础理论和激光应用技术之间的相互渗透、交叉联系。这是现代高新软磁材料不可或缺的研究内容，进一步推动现代工业技术进步。(4)利用激光直接沉积成型制备方法制备的NiFeGdMoSi软磁合金具有高致密度与良好软磁性能，如矫顽力为14.49A/m～50.10A/m之间，饱和磁感应强度为0.43T～0.95T之间。附图说明图1是激光直接沉积成型的稀土软磁合金实物图图2是稀土软磁合金的光学显微镜图像和SEM图像图3是稀土软磁合金的XRD谱线图4是稀土软磁合金的孔隙度分布图像图5是稀土软磁合金的孔隙度曲线图6是稀土软磁合金磁滞回线图7是熔池快速流动状态图图8是温度场实时分布图具体实施方式实施例1(1)按照成分配比制备稀土软磁合金粉末的原材料，成分按重量分为：Ni：80.0份，Mo：2.5份，Gd：2.0份，Si：1.0份，Fe余量；(2)采用热惰性气体雾化方式(或旋转电极雾化方式)制备粉末，用氧化镁坩埚进行熔炼至合金溶液，然后浇入中间包开始高温超音速惰性气体雾化，雾化介质为纯氩气，随后进行筛粉，最终获得球形度良好，平均粒度为200目的稀土软磁合金粉末；(3)将稀土软磁合金粉末放置真空干燥箱进行2小时干燥，温度为80℃，真空度保持在-0.06MPa，去除水汽对缺陷产生的影响因子；(4)选取内径32mm的Fe80NiSi圆柱为载体基材，将其固定在变位机上，反馈系统包括电荷耦合视觉传感器(CCD)系统与红外热像仪系统(FLIRSystems)。(5)采用激光工艺参数如下：激光输出功率700W，激光扫描速度17mm/s，圆光斑尺寸3.5mm，送粉速率为26.5g/min，送粉的气体流量为350L/h，激光熔覆过程采用流量为20L/min的氩气保护。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光直接沉积的稀土软磁合金，其特征在于：按重量计一共100份，分为Ni：79.0‑80.0份，Mo：1.5‑2.5份，Gd：1.0‑2.0份，Si：0.5‑1.0份，Fe余量；合金粉末平均粒度为200目～300目。

【技术特征摘要】
1.一种激光直接沉积的稀土软磁合金，其特征在于：按重量计一共100份，分为Ni：79.0-80.0份，Mo：1.5-2.5份，Gd：1.0-2.0份，Si：0.5-1.0份，Fe余量；合金粉末平均粒度为200目～300目。2.制备如权利要求1所述的一种激光直接沉积的稀土软磁合金的方法，其特征在于：首先进行第1层稀土软磁合金粉末熔覆后，需进行一次激光表面重熔；在此基础上完成第2层稀土软磁合金粉末熔覆后，需再进行一次激光表面重熔；随后按照以下激光熔覆工艺参数进行持续的激光快速沉积成型；采用900～1180℃在氩气气氛中热处理2-3小时，得到合金最终状态；激光熔覆工艺参数：激光输出功率700W-900W，圆光斑尺寸3mm-6mm，激光扫描速度为7mm/s～25mm/s，送粉速率为25g/min～30g/min，输...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胶溪，成龙，张文韬，徐凯，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京,11