金属合金磁体定向凝固结晶方法及实施该方法的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了金属合金磁体定向凝固结晶方法及实施该方法的装置，该方法具体是：将金属合金磁体的底端接触冷却液面，然后通过高频感应加热设备对冷却液面上的金属合金磁体加热，同时使金属合金磁体以稳定速率沿固定的移动方向进入冷却液中进行凝固结晶，在所述的冷却液中对进入冷却液的金属合金磁体施加恒定的纵向磁场，所述的纵向磁场的磁场方向与金属合金磁体的移动方向平行。与现有技术相比，本发明专利技术的方法具有促进金属合金磁体的晶粒取向、提高结晶取向度以及增强各项异性的优点，另外，作为本发明专利技术优选的方法，克服了现有技术中的合金熔体比重偏析以及温度梯度过小、难于控制的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁性材料制备
，尤其涉及金属合金磁体定向凝固结晶方法及 实施该方法的装置。
技术介绍
在磁性材料中，高性能的磁性材料因其广泛的应用价值已成为各国科技工作者研 究的重点。定向凝固结晶是提高磁性能的核心因素之一，目前世界各国常采用炉外结晶法、 功率降低法和功率降低法制取定向凝固金属合金磁体材料。炉外结晶法是将熔融的金属合金液浇入顶部覆盖发热剂、底部冷却的铸型中，使 铸件自上而下进行凝固，实现定向凝固。该方法工艺简单，成本低，但是获得的温度梯度不 大，并且很难控制，致使铸件性能差，不适合大型、优质铸件生产。功率降低法是将保温炉的加热器分为几组，分段加热实现的，当熔融金属合金液 浇入保温炉后，自下而上顺序关闭加热器，金属合金则自下而上实现定向凝固。在凝固的过 程中，温度梯度是逐渐减小的，致使获得的柱状晶区较短，且在关闭加热器后，金属合金液 冷却速度慢。区域熔炼法是通过感应线圈迅速使金属合金磁体升温到所需温度，得到合适的温 度梯度。用这种方法得到的晶粒尺寸较小，晶界比前两种方法直，柱状晶尺寸也比它们长， 但是存在金属合金磁体表面与心部温差大，冷却不均勻的问题。另外，上述方法中存在金属合金液比重偏析，以及金属合金在定向凝固结晶过程 中的结晶取向度待于提高等问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供金属合金磁体定向凝固结 晶方法及实施该方法的装置，该方法具有促进金属合金磁体的晶粒取向、提高结晶取向度 以及增强各项异性的优点。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是金属合金磁体定向凝固结晶方 法，包括高频感应加热过程与冷却凝固结晶过程，具体方法为将金属合金磁体的底端接触 冷却液面，然后通过高频感应加热设备对冷却液面上的金属合金磁体加热，同时使金属合 金磁体以稳定速率沿固定的移动方向进入冷却液中进行凝固结晶，在所述的冷却液中对进 入冷却液的金属合金磁体施加恒定的纵向磁场，所述的纵向磁场的磁场方向与金属合金磁 体的移动方向平行。本专利技术中，当金属合金磁体以稳定速率沿固定的移动方向进入冷却液中进行凝固 结晶时，该金属合金磁体的凝固结晶方向与其移动方向平行，同时因为在冷却凝固结晶过 程中对金属合金磁体施加了与其移动方向平行，即与其凝固结晶方向平行的恒定磁场，有 利于金属合金快速完成选晶过程，稳定凝固前沿组织，提高铝镍钴的结晶取向度，同时增强3铝镍钴的各项异性。为了优化本专利技术的方法，本专利技术采取的措施还包括在高频感应加热过程中对金属合金磁体施加恒定的横向磁场，所述的横向磁场的 磁场方向与金属合金磁体的移动方向垂直，使合金内部产生感应电流，从而产生洛伦兹力 抑制合金熔体的比重偏析。当高频感应加热设备固定时，金属合金磁体的温度梯度由高频感应加热设备的通 电电流以及高频感应加热设备中的感应线圈到冷却液面之间的距离控制，从而克服了现有 技术中存在的温度梯度过小、难于控制的问题，能够得到理想的温度梯度。实施本专利技术金属合金磁体定向凝固结晶方法可以采用如下装置实施金属合金磁体定向凝固结晶方法的装置，由升降设备、高频感应加热设备和 冷却设备构成；所述的升降设备上制有夹具，金属合金磁体被固定在夹具上并随升降设备 一起上下移动；所述的高频感应加热设备包括感应线圈和高频感应电源；所述的冷却设备 位于感应线圈下方，包括冷却液以及盛装冷却液的冷却槽，冷却槽内底部设有纵向磁体，该 纵向磁体位于感应线圈中心轴线上，并能产生磁场方向与感应线圈中心轴线平行的恒定磁 场；工作状态时，调整金属合金磁体的位置使其底部接触冷却液面，然后开启高频感应加热 设备对冷却液面上的金属合金磁体进行加热，同时使金属合金磁体随升降设备以稳定的速 率向下垂直穿过感应线圈的中心位置进入冷却液中。为了优化上述装置，采取的措施还包括上述感应线圈外围设有横向磁体，所述的横向磁体与感应线圈位于同一平面，并 能产生磁场方向与金属合金磁体移动方向垂直的恒定磁场。上述横向磁体由数块沿感应线圈外围均勻放置的磁铁构成，优选由两块沿感应线 圈外围相对放置的横向第一磁铁和横向第二磁铁组成。上述纵向磁体由数块并列放置在冷却槽内底部的磁铁构成，优选由一块磁铁构 成。上述冷却设备由冷却液、冷却槽和循环泵组成。 上述冷却液优选是液态水。上述升降设备的升降速度可调，优选的升降速度为2毫米/分钟 15毫米/分钟。 附图说明图1是本专利技术实施例的装置立体结构示意图；图2是图1的正视图；图3是图1的俯视图；图4是实施例1中铝镍钴合金磁体进行定向凝固结晶后的TEM图。 具体实施例方式以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。图1为实施金属合金磁体定向凝固结晶方法的装置的立体结构示意图，图2和图 3分别为图1的正视图和俯视图。其中的附图标记为升降设备1、第一夹具21、第二夹具22，棒状的金属合金磁体43、高频感应加热设备4、纵向磁体5、感应线圈6、横向第一磁铁71、横向第二磁铁72、第一固 定件81、第二固定件82、冷却设备9。实施金属合金磁体定向凝固结晶方法的装置如图1至图3所示，包括升降设备1、 高频感应加热设备4和冷却设备9 ；其中，升降设备1上制有两个夹具，即第一夹具21和第 二夹具22，用于固定棒状的金属合金磁体3的两端，使其随升降设备1 一起上下移动，升降 设备1的升降速率可以调控；高频感应加热设备4包括感应线圈6和高频感应电源，感应线 圈6保持水平并且高度固定，感应线圈6的外围相对位置处设有横向第一磁铁71和横向第 二磁铁72，分别由第一固定件81和第二固定件82固定在感应线圈6的外围，横向第一磁 铁71和横向第二磁铁72与感应线圈6在同一平面内，该平面与金属合金磁体3的移动方 向垂直，横向第一磁铁71和横向第二磁铁72能够产生与金属合金磁体3移动方向垂直的 恒定的横向磁场；感应线圈6下方是冷却设备9，冷却设备9由冷却液、冷却槽和循环泵组 成，冷却液可以是液态的水，并且冷却液面距离感应线圈6的距离可以调整，冷却槽内底部 设有纵向磁体5，该纵向磁体5位于感应线圈6的中心轴线上，并能产生磁场方向与金属合 金磁体3凝固方向平行的恒定磁场。工作状态时，金属合金磁体3两端由第一夹具21和第二夹具22固定，使金属合金 磁体3 —端垂直穿过感应线圈6的中心位置，另一端底部接触冷却液，然后开启高频感应加 热设备4对金属合金磁体3进行快速加热，同时使金属合金磁体3随升降设备1以固定速 率向下垂直穿过感应线圈6的中心位置进入冷却液中。当金属合金磁体3在向下移动时， 一方面因切割横向磁场的磁力线而产生感应电流，该感应电流产生洛伦兹力，从而抑制了 熔融的金属合金磁体的比重偏析；另一方面金属合金磁体3进入冷却液的部分进行凝固结 晶，该凝固结晶方向与金属合金磁体3的移动方向平行，同时，由于处在纵向磁体5产生的 纵向磁场中，该磁场的磁场方向与金属合金磁体凝固结晶方向平行，从而促进了金属合金 磁体3在定向凝固结晶中快速完成选晶过程，稳定凝固前沿组织，提高结晶取向度，同时增 强金属合金磁体3的各项异性。另外，通过调节高频感应电源的通电电流以及感应线圈6到冷却液之间的距离可 以控制金属合金磁体3的温度梯度，得到理想的温度梯度。实施例1 利用图1至图3所示的实施金属合金磁体定向凝固结晶方法的装置，本文档来自技高网...

【技术保护点】
金属合金磁体定向凝固结晶方法，其特征是：将金属合金磁体的底端接触冷却液面，然后通过高频感应加热设备对冷却液面上的金属合金磁体加热，同时使金属合金磁体以稳定速率沿固定的移动方向进入冷却液中进行凝固结晶，在所述的冷却液中对进入冷却液的金属合金磁体施加恒定的纵向磁场，所述的纵向磁场的磁场方向与金属合金磁体的移动方向平行。

【技术特征摘要】
金属合金磁体定向凝固结晶方法，其特征是将金属合金磁体的底端接触冷却液面，然后通过高频感应加热设备对冷却液面上的金属合金磁体加热，同时使金属合金磁体以稳定速率沿固定的移动方向进入冷却液中进行凝固结晶，在所述的冷却液中对进入冷却液的金属合金磁体施加恒定的纵向磁场，所述的纵向磁场的磁场方向与金属合金磁体的移动方向平行。2.根据权利要求1所述的金属合金磁体定向凝固结晶方法，其特征是在高频感应加 热过程中对金属合金磁体施加恒定的横向磁场，所述的横向磁场的磁场方向与金属合金磁 体的移动方向垂直。3.根据权利要求1或2所述的金属合金磁体定向凝固结晶方法，其特征是所述的高 频感应加热设备固定，所述的金属合金磁体的温度梯度由高频感应加热设备的通电电流或 感应线圈到冷却液面之间的距离控制。4.实施权利要求1所述的金属合金磁体定向凝固结晶方法的装置，由升降设备(1)、高 频感应加热设备⑷和冷却设备(9)构成，其特征是所述的升降设备⑴上制有夹具，金 属合金磁体(3)被固定在夹具上并随升降设备(1) 一起上下运动；所述的高频感应加热设 备包括感应线圈(6)和高频感应电源；所述的冷却设备(9)位于感应线圈(6)下方，包括冷 却液与冷却槽，冷却槽内底部设有纵向磁体(5)，所述的纵向磁体(5)位于感应线圈(6)的 中心轴线上并能产生恒定磁场，所述磁场的磁场方向与感应线圈(6)的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋振纶，胡方勤，汪元亮，张阳明，
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：97[中国|宁波]