一种定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法技术

本发明专利技术采用等温热处理工艺和晶化退火工艺对定向凝固试样进行热处理，进而探索热处理工艺与定向凝固钕铁硼铸锭微观组织的对应关系，为制备高性能钕铁硼铸锭提供工艺指导。一种定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1000～1100℃，保温9.5～10.5小时，在720～740℃晶化退火。本发明专利技术通过不同工艺参数下的实验证明晶化退火工艺可以明显改善铸锭中各相的结晶度，在730℃晶化退火后的试样，Nd2Fe14B相在XRD分析结果中的衍射峰明显增强，铸锭中硬磁相结晶程度明显改善。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种磁性合金的制备方法。
技术介绍
钕铁硼永磁材料自1983年问世以来，由于钕铁硼永磁材料具有高性能、低价格的特点，以及对生物医学、新能源汽车产业的拉动作用，钕铁硼产业得到迅速的发展。现已被广泛应用于信息、医疗和节能等高科技领域。我国钕铁硼产业发展虽然起步较晚，但由于拥有稀土资源的丰富储备和强大的国内市场需求，因而发展十分迅速，产量逐年增加。目前， 我国已经成为钕铁硼永磁材料出口国，总产量位居世界之首。但我国钕铁硼永磁材料产业的发展仍面临巨大阻碍。一是，由于我国厂家生产的产品磁性能远低于欧美、日本等发达国家，售价仅及发达国家高端产品的一半。其次，由于我国主要生产厂商不拥有自主知识产权，造成产品出口受阻，产品积压形成对国内市场的压迫。高性能钕铁硼永磁材料的新型制备工艺研究已成为国内外学者共同关心的课题。目如,民品工业生广商品钦铁砸磁体最大磁能积已经从最初的278. 5kJ/m3提闻到目前的400kJ/m3，但与理论计算值相比仍存在较大差异。随着钕铁硼磁体在各个
中的应用日益广泛，市场对磁体的磁能积和矫顽力提出了更高的要求。目前制备高性能钕铁硼磁体的主要方法是烧结法，而烧结法前期要求获得组织优异的铸锭。烧结法对于用于制粉的铸锭中各相的取向、分布的要求都比较严格，因此，对高性能钕铁硼合金铸锭制备新工艺以及组织性能的研究具有十分重要的工程意义。冷坩埚定向凝固技术由于其具有软接触无污染、可以实现高温度梯度定向凝固等特点，已被成功应用于T1-Al、Nb-Si和多晶硅等材料定向凝固的研究。与结构材料T1-Al、 高温超导材料Y-Ba-Cu-O等很多先进的结构材料和功能材料一样，钕铁硼合金中也存在包晶转变，近年来包晶合金在凝固过程中出现的新现象和新成果备受关注。因此，对于化合物型包晶相的典型代表，研究钕铁硼合金中小平面包晶相和非小平面初生相在冷坩埚定向凝固条件下的的生长特性具有很强的理论意义。加强对钕铁硼合金凝固过程的认识也将对钕铁硼永磁材料的工业生产起到指导作用。许多先进的结构材料和功能材料都希望获得定向凝固组织以尽可能多的发挥其潜能，如TiAl、NbSi, AlNiCo, NiMnGa, NdFeB等，钕铁硼合金作为化合物型包晶相合金的典型代表，研究其定向凝固规律具有很强的理论意义。目前，对于钕铁硼合金定向凝固组织的研究主要采用区熔A1203陶瓷管的方法， 由于Nd元素极其活泼，在高温下很容易引入A1、0等杂质，因此需要寻找新的方法来研究钕铁硼合金定向凝固组织。电磁冷坩埚定向凝固工艺采用感应线圈产生涡流加热固体使其熔化，采用液态金属冷却，以获得较高温度梯度，并通过调整抽拉速度控制晶体生长速率，目标是获得表面质量光滑，内部组织定向的合金铸锭。在冷坩埚定向凝固实验中，加热功率、抽拉速度、线圈 高度、线圈匝数和冷却方式等都是影响定向效果的重要因素。由于将冷坩埚定向凝固技术尚未应用于钕铁硼合金，因此需要探索适用于钕铁硼合金冷坩埚定向凝固工艺的工艺，使得定向凝固顺利进行，并获得表面质量完好，内部组织定向的钕铁硼合金铸锭。钕铁硼合金中各相的成分、结晶程度、相体积分数都将对材料磁性能产生重要影响，而定向凝固过程属于非平衡凝固，造成冷坩埚定向凝固钕铁硼试样的微观组织与结构都与平衡凝固存在较大差异。对于过包晶成分的钕铁硼合金在凝固过程中依然保留有较多的α-Fe枝晶，且成分偏析较严重；由于冷却速度过大，各相晶化不完全，一定程度上存在非晶倾向。
技术实现思路
针对上述差异，本专利技术采用等温热处理工艺和晶化退火工艺对定向凝固试样进行热处理，进而探索热处理工艺与定向凝固钕铁硼铸锭微观组织的对应关系，为制备高性能钕铁硼铸锭提供工艺指导。所述目的是通过如下方案实现的，对钕铁硼磁性合金的热处理温度为 1000 1100°C，保温9. 5 10. 5小时，在720 740°C晶化退火。对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1050°C，保温10小时，在730°C晶化退火。对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1020°C，保温9. 6小时，在725°C晶化退火。对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1080°C，保温10. 3小时，在735°C晶化退火。所述钕铁硼磁性合金是通过如下方法制备得到的将电磁冷坩埚定向凝固装置中的水冷铜坩埚置于封闭的炉体内，水冷铜坩埚外设置有电磁感应线圈，钕铁硼棒料的上端固定在上送料杆上，钕铁硼棒料的下端部伸在水冷铜坩埚中，盛装有冷却剂材料的结晶器置于水冷铜坩埚的正下方，结晶器内设置有下抽拉杆，下抽拉杆上端固定有底料，所述电磁感应线圈的加热功率为45 50kW,下抽拉杆的抽拉速度为O. 5 1. 2mm/min。所述电磁感应线圈的加热功率为45kW,下抽拉杆的抽拉速度为O. 5mm/min。所述电磁感应线圈的加热功率为50kW,下抽拉杆的抽拉速度为O. 8mm/min。所述钕铁硼棒料的合金成分为Ndn.76Fe82.36B5.8。所述水冷铜坩埚为开缝结构，所述开缝形状从内到外为矩形连接三角形的缝，三角形开缝处的两个边呈90°夹角。线圈顶部相对于坩埚底部的高度为为93mm，底料上表面相对于坩埚底部的高度为为75mm，上送料棒底面与底料的引熔料头之间的距离为5mm。 本专利技术对冷坩埚定向凝固钕铁硼合金后续等温热处理工艺进行了摸索，随着等温热处理温度升高，组织中残留的初生相α-Fe枝晶逐渐减少，热处理温度为1050°C时，铸锭中α -Fe枝晶相体积分数仅为1. 25%。本专利技术通过不同工艺参数下的实验证明晶化退火工艺可以明显改善铸锭中各相的结晶度，在730°C晶化退火后的试样，Nd2Fe14B相在XRD分析结果中的衍射峰明显增强，铸锭中硬磁相结晶程度明显改善。附图说明图1是冷坩埚定向凝固钕铁硼合金差热分析测试结果曲线图。图2是Nd与B的百分比是2 :1时钕铁硼合金的垂直截面平衡状态相图。图3是钕铁硼合金定向凝固区原始定向凝固试样横截面组织照片。图4钕铁硼合金定向凝固区在850°C、保温10h等温热处理工艺下的横截面组织照 片。图5钕铁硼合金定向凝固区950°C、保温10h等温热处理工艺下的横截面组织照 片。图6钕铁硼合金定向凝固区1050°C、保温10h等温热处理工艺下的横截面组织照 片。图7是等温热处理对定向凝固试样中a -Fe相体积分数的影响示意图。图8是晶化退火温度对试样结晶程度的影响示意图。图9是加热功率为50kw,0. 2mm/min抽拉速度对Nd2Fe14B相生长方向的影响示意 图。图10是加热功率为50kw,0. 5mm/min抽拉速度对Nd2Fe14B相生长方向的影响示意 图。图11是加热功率为50kw,0. 8mm/min抽拉速度对Nd2Fe14B相生长方向的影响示意 图。图12是加热功率为50kw, 1. lmm/min抽拉速度对Nd2Fe14B相生长方向的影响示意 图。具体实施例方式下面结合附图详细阐述本专利技术优选的实施方式。实施例一本专利技术所述方法采用电磁冷坩埚约束成型与定向凝固设备完成，该设备主要包括 以下组成部分(1)电磁场熔化系统；(2)运动系统；(3)真空系统；(4)冷却系统；(5)控 制系统。其中电磁场熔化系统主要包括水冷铜坩埚和感应线圈，冷却系统主要包括对坩埚、 炉体的水冷以及凝固过程中Ga-In本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于：对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1000～1100℃，保温9.5～10.5小时，在720～740℃晶化退火。

【技术特征摘要】
1.一种定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1000 1100°C，保温9. 5 10. 5小时，在720 740°C晶化退火。2.根据权利要求1所述的定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1050°C，保温10小时，在730°C晶化退火。3.根据权利要求1所述的定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1020°C，保温9. 6小时，在725°C晶化退火。4.根据权利要求1所述的定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于对钕铁硼磁性合金的热处理温度为1080°C，保温10. 3小时，在735°C晶化退火。5.根据权利要求1-4任意一项所述的定向凝固钕铁硼磁性合金的制备方法，其特征在于所述钕铁硼磁性合金是通过如下方法制备得到的将电磁冷坩埚定向凝固装置中的水冷铜坩埚置于封闭的炉体内，水冷铜坩埚外设置有电磁感应线圈，钕铁硼棒料的上端固定在上送料杆上，钕铁硼棒料的下端部伸在水冷铜坩埚中，盛装有冷却剂材料的结晶器置于水冷铜坩埚的正下方...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁宏升，冯魁，王永喆，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：