多极整体永磁环及其制备方法和生产系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多极整体永磁环及其制备方法和生产系统。该永磁环主要由铝镍钴合金形成，并且包含：沿径向半取向的晶体结构，以及，沿周向析出的、弥散分布的周期调幅结构；该晶体结构包括分布于该永磁环外周部的、沿径向取向的柱状晶（1-1），而该永磁环的其余部分包含等轴晶（1-2）；该周期调幅结构包含磁性析出相和基体相；并且该永磁环的内、外环壁面及上、下端面的表面磁通密度分布一致，且均呈近似正弦波形态。该制备方法主要是借助该生产系统实施的，包括依次进行的熔炼浇铸、高温固溶、多极磁场热处理、多级回火、多极充磁等工序。本发明专利技术的整体永磁环具有优异的物理性能和磁性能，且制备方法简便，易于操作，适宜规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种多极整体永磁环及其制备方法和生产系统。该永磁环主要由铝镍钴合金形成，并且包含：沿径向半取向的晶体结构，以及，沿周向析出的、弥散分布的周期调幅结构；该晶体结构包括分布于该永磁环外周部的、沿径向取向的柱状晶（1-1），而该永磁环的其余部分包含等轴晶（1-2）；该周期调幅结构包含磁性析出相和基体相；并且该永磁环的内、外环壁面及上、下端面的表面磁通密度分布一致，且均呈近似正弦波形态。该制备方法主要是借助该生产系统实施的，包括依次进行的熔炼浇铸、高温固溶、多极磁场热处理、多级回火、多极充磁等工序。本专利技术的整体永磁环具有优异的物理性能和磁性能，且制备方法简便，易于操作，适宜规模化生产。【专利说明】多极整体永磁环及其制备方法和生产系统
本专利技术涉及一种永磁材料及其制备方法，特别涉及一种基于铝镍钴合金等材料的 多极永磁环及其制备方法，属于材料科学领域。
技术介绍
多极永磁环在电机和陀螺仪中的应用需求越来越大，尤其是在陆用定位定向系 统、高精度寻北仪以及船用高精度导航系统等高科技控制器的核心部位起着不可替代的作 用。应用中一般要求永磁环具有整体、多极取向等特点。由于氢气的气体粘度小、导热系数 大，陀螺内部充氢后可以改善气体动态力矩，提高陀螺的精度，所以在一些先进的陀螺中， 多极整体环需要在氢气的环境中使用，这就对多极整体磁环的耐氢性能、耐高温、高精度 (易加工）、磁性能提出了要求。目前国内外对NdFeB和SmCo等稀土永磁环的研究很多，且 取得不错的结果，但因稀土永磁材料容易与氢气发生反应，不能满足氢气氛的工作环境。 CN102134665A公开了一种钼钴永磁多级环，钼钴永磁材料虽然可以进行变形加 工，耐氢性能也很好，能够满足上述精密陀螺中的使用，但因其必须含有70%以上的贵金属 钼，且对原材料纯度要求很高,使多级环的原材料成本极高，磁环价格昂贵。铝镍钴永磁材 料作为第一代永磁，虽相比NdFeB、SmCo永磁材料矫顽力较低，但因有优异温度稳定性、时 间稳定性，抗冲击性和辐射性，使用温度能达到600°C以上，同时其化学稳定性好，耐腐蚀不 易氧化，可以长时间在氢气氛下使用，而其物理化学性质不发生改变，使其在军工领域具有 不可代替的作用，特别适合于鱼雷、导弹、飞机等武器装备和卫星等精度要求高、稳定性要 求好的航天器中使用。采用铝镍钴永磁材料来制造多极取向永磁环不仅能够满足精密陀螺 的应用需求，因其不含有贵金属以及稀土元素，且采用传统的铸造工艺，原材料和制造成本 都低，适合工业化生产和应用。 铝镍钴永磁材料制备工艺主要包括粉末冶金和铸造两种工艺，铸造工艺获得的永 磁材料因可以获得粗大的晶粒尺寸从而更容易获得高的磁性能，但因径向方向晶粒的粗 大，会容易造成磁环径向的开裂，因而获得高的磁性能需要铸造过程中的模具设计和工艺 控制较为严格。多极取向永磁环在使用过程中往往对其气隙磁密的大小和均匀性都有较高 的要求，由于铝镍钴磁环磁性能和均匀性对材料微观组织结构的分布很敏感，而材料的微 观组织结构的形成受控于磁环在磁场热处理过程中的温度控制和磁场方向控制，所以在制 备过程中对磁场热处理环节提出了更高的要求。 目前对于铝镍钴多极永磁环的磁性能和制备工艺的研究在国内外还未见相关报 道。
技术实现思路
鉴于现有技术的缺陷，本专利技术的主要目的在于提供一种多极整体永磁环及其制备 方法，该多极整体永磁环具有优异磁性能和均匀性，且制备工艺简便、高效。 本专利技术的另一目的在于提供一种多级整体永磁环的生产系统。 为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括： -种多极整体永磁环，主要由铝镍钴合金形成，特别是通过铸造的方式形成，并包 含有： 沿径向半取向的晶体结构，以及 沿周向析出的、弥散分布的周期调幅结构。 进一步的，所述沿径向半取向的晶体结构包括分布于所述永磁环外周部的、沿径 向取向的柱状晶，所述永磁环的其余部分包含等轴晶。 进一步的，所述周期调幅结构包含磁性析出相和基体相，其中Fe和/或Co元素在 所述磁性析出相中的浓度高于在所述基体相中的浓度。 进一步的，所述永磁环的内、外环壁面及上、下端面的表面磁通密度分布一致，且 均呈近似正弦波形态。 进一步的，所述铝镍钴合金包含如下组分： 基础组分，包含八1、(：〇、附、卩6、(：11; 可选组分，包含11、吣、51、5、(：中的任意一种或两种以上的组合。 一种多极整体永磁环的制备方法，包括如下步骤： a.烙炼铸造，包括： 提供样品模，所述样品模包括砂模，所述砂模内分布有环形浇注通孔，所述环形浇 注通孔的外周部设置有环形导热体； 以及，向所述环形浇注通孔内注入熔炼均匀的合金液，并形成磁环样品，所述磁环 样品的外周部分布有沿径向取向的柱状晶，其余部分包含等轴晶，其中所述合金液包含基 础组分和可选组分，所述基础组分包含Al、Co、Ni、Fe、Cu，所述可选组分包含Ti、Nb、Si、S、 C中的任意一种或两种以上的组合； b.高温固溶处理，包括：将所述磁环样品于温度为1200°C?1300°C的条件下进行 固溶处理，使所述磁环样品中的合金形成单相固溶体； c.多极磁场热处理，包括：将完成高温固溶处理的磁环样品迅速转移至多极磁场 热处理装置中进行磁场控温热处理，从而在所述磁环样品内形成沿周向析出的、弥散分布 的周期调幅结构； d.多级回火处理，包括将经多极磁场热处理后的磁环样品进行多级回火； e.充磁处理，包括：对所述磁环样品进行多极充磁，从而获得所述永磁环。 作为较为优选的方式之一，步骤a包括：将所述砂模于800±50°C烘烤l_2h后，冷 却，并在所述环形浇注通孔内置入所述环形导热体，再向所述环形浇注通孔内注入所述合 金液。 作为较为优选的方式之一，在步骤a中，所述磁环样品内形成的柱状晶长度及等 轴晶的分布宽度随所述环形导热体的厚度及温度变化而变化。 作为较为优选的方式之一，步骤b包括：将所述磁环样品置于保温样品盒内，再转 移至温度为1200°C?1300°C的条件下进行固溶处理； 其中所述保温样品盒包括耐火材料外壳以及呈环形分布的η个磁极头，所述磁极 头一端穿入所述外壳，并与安装于所述保温样品盒内的磁环样品的外环壁相触，η等于所述 永磁环的极数，η为正整数。 作为较为优选的方式之一，步骤c包括： 提供多极磁场热处理装置，包括复数个磁体，每一磁体包含两个磁性相异的机头 (N、S 极）； 在步骤b完成后，将盛装于保温样品盒内的磁环样品迅速转移入多极磁场热处理 装置内，并使各机头分别经所述保温样品盒上的相应磁极头与所述磁环样品接触，从而向 所述磁环样品内输入磁力线，且在分布于相邻两个磁性相异的机头（N、S极）之间的所述磁 环样品内形成沿周向闭合的磁路，进而在所述磁环样品内形成周期调幅结构。 作为较为优选的方式之一，步骤c中，所述周期调幅结构包括沿磁场方向析出的 富Fe、Co的磁性析出相和富Al、Ni的基体相。 作为较为优选的方式之一，步骤e包括：按照所述永磁环的极数，采用在磁环上绕 线的充磁方式对磁环样品进行多极充磁。 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多极整体永磁环，主要由铝镍钴合金形成，其特征在于包含：沿径向半取向的晶体结构，以及沿周向析出的、弥散分布的周期调幅结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙颖莉，冯孝超，罗义铭，李东，赵江涛，闫阿儒，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33