CN103556005B - 高温FeNiCo磁致伸缩合金及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高温FeNiCo磁致伸缩合金及制备方法，该合金化学成分的重量百分比为：Ni:30.0～55.0%、Co:1.0～22.0%、Cr:1.0～3.5%、Mo:1.0～3.5%、Ti:1.0～3.0%、Al:0～2.0%、B：0～0.006%，余量为Fe。本发明的高温磁致伸缩合金，具有高的居里温度，在较宽的温度范围内，具有良好的磁性能和大的饱和磁致伸缩系数能够满足高精度仪器仪表的高温使用要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金，特别涉及一种高温FeNiCo磁致伸缩合金及制备方法。
背景技术
磁致伸缩材料是自上世纪六七十年代迅速发展起来的新型智能功能材料，目前已被视为本世纪提高国家高科技综合竞争力的战略性材料，磁致伸缩材料的机械能/电能转换效率高、能量密度大、响应速度高、可靠性好、驱动方式简单，正是这些性能优点引发了传统电子信息***、传感***、振动***等的革命性变化。磁致伸缩材料作为一类智能材料，被广泛应用于换能、驱动、传感等技术领域。利用材料的威德曼效应，磁致伸缩材料加工成丝材、管材、棒材或带材等，其作为核心敏感元件广泛应用于液位传感器、位移传感器、磁弹性型扭矩传感器、杨氏模量传感器、超精密机械加工、精密测量仪器、照相机快门、精密流量控制、坦克、核潜艇、激光镜、电子显微镜、高速阀和燃料喷射装置、电力传输继电器、以及机器人的机械联动等装置中，在物位精密测量、质量检验、优化控制、工况检测和故障诊断等领域发挥着重要的作用。
磁致伸缩传感器用的波导丝大多采用磁致伸缩材料。稀土超磁致伸缩材料TbDyFe合金具有巨大的磁致伸缩应变，但其脆性大，不能加工成丝且价格昂贵。Fe-Ga合金的研究正处于起步阶段，其也具有较高的磁致伸缩应变，但其磁致伸缩性能受晶体取向影响较大，且加工难度也较大，难于加工成传感器所需的细小丝材。因此，磁致伸缩传感器用的波导丝多为Fe-Ni合金丝，由于其中Ni的含量通常在45%以下，并含有Cr等降低居里温度的元素，使得传统的Fe-Ni合金丝的磁致伸缩性能只能保持在100℃以下，限制了传感器的使用温度范围，难以满足450℃高温以下使用的要求。随着科学技术的发展，仪器仪表的使用温度越来越高，范围也越来越宽，在较高温度下使用时，这些合金的饱和磁致伸缩系数会急剧变坏甚至消失，失去其磁致伸缩的性能，引起仪器仪表的失效，高温磁致伸缩合金正是由此发展而来。因此，迫切需要开发一种既具有高居里温度、又能加工成丝的新型磁致伸缩材料，以推动该产业的发展。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提供一种高温FeNiCo磁致伸缩合金及制备方法。所述合金在较宽的温度范围内-60～+450℃，具有良好的磁性能和大饱和磁致伸缩系数，能够满足高精度仪器仪表的高温使用要求。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
高温FeNiCo磁致伸缩合金，该合金的重量百分比为：
Ni:30.0～55.0%；
Co:1.0～22%；
Cr:1.0～5.5%；
Mo:1.0～3.5%；
Ti:1.0～3.0%；
Al:0～2.0%；
B：0～0.006%:
余量为Fe。
本发明所述高温FeNiCo磁致伸缩合金，优选的技术方案是该合金的重量百分比为：
Ni：30.0～55.0%；
Co：1.0～22%；
Cr：1～3%；
Mo：1.0～3.5%；
Ti：2～3%；
Al：0.3～1.5%；
B：0.003～0.005%；
余量为Fe。
上述高温FeNiCo磁致伸缩合金的晶体结构为面心立方结构。
高温FeNiCo磁致伸缩合金的制备方法包括下述步骤：
a).熔炼：
按上述重量百分比称取合金的各个组分，在熔化功率80Kw、精炼功率20～30Kw、真空度≥1Pa条件下，真空熔炼15～30分钟；
b).成坯：
经电渣重熔成铸锭，在柴油炉中加热至1100～1170℃，热锻成方坯；
c).轧制：
将锻造后的合金坯料分别进行900～1170℃热轧，轧制成盘条；
d).冷拔：
将轧制成的盘条在0～45℃下冷拔成φ≤0.72mm的丝材；
e）.热处理：
步骤d)所述的丝材置于真空炉中，1000～1150±5℃下保温1～3小时，随后以30-100℃/h的速度冷却到580℃±5℃时，保温5小时后随炉冷却到室温，得到高温FeNiCo磁致伸缩合金。
将成品丝材置于真空热处理炉中进行最终的热处理，用于调整和稳定合金的磁致伸缩性能。
本合金的主要性能如下：
1.合金的饱和磁致伸缩系数：λs=(15～35)×10-6/℃，
2.合金的居里温度：Tc≥450℃。
本发明合金中Co元素用于提高FeNi基合金的居里温度，在居里温度以下，由于磁致伸缩合金一直保持良好的磁致伸缩性能，因而可在较宽温度范围内获得大的饱和磁致伸缩系数。本发明所述合金，解决了传统的FeNi基磁致伸缩合金的居里温度低的问题，扩大了其使用温度范围。
制备过程中，通过适当的热处理工艺来调整合金的组织和性能，使合金的饱和磁致伸缩系数在较宽的温度范围内基本保持不变，满足高精度仪器仪表的宽温使用要求。
本发明所述高温FeNiCo磁致伸缩合金，具有高的居里温度，在较宽的温度范围内，具有良好的磁性能和大的饱和磁致伸缩系数。采用本发明的高温FeNiCo磁致伸缩合金制备方法，可调整合金的组织和性能，使合金在较宽的温度范围内保持大的饱和磁致伸缩系数及稳定的磁致伸缩性能，能满足高精度仪器仪表的宽温使用要求。采用本发明的高温FeNiCo磁致伸缩合金装备传感器，可提高及稳定合金的磁致伸缩性能，满足传感器高温长时间稳定精确测量的需要。
本发明所述Ni、Co、Cr、Mo、Ti、Al、Fe均采用纯度为99.95%≥的金属原材料。
B采用含B为20%硼铁。
具体实施方式
实施例1
选取合金的成分含量为：Ni:39.5%、Co:15.5%、Cr:3.0%、Mo:3.0%、Ti:2.5%、Al:0.6%、B:0.003%，余量为Fe。
取上述组分放进真空感应进行熔炼，熔炼工艺为熔化功率80Kw、精炼功率20～30Kw、真空度优于1Pa、熔炼时间为15～30分钟；再经电渣重熔成铸锭，在柴油炉中加热至1150℃，热锻成各种所需规格的方坯，合金坯料进行900～1170℃热轧，轧制成盘条。将轧制成的盘条在0～45℃下冷拔，冷拔成中φ0.72mm以下的丝材。
将丝材装入真空热处理炉中，在1100±5℃下保温1小时；然后以60℃/h的速度冷却到580±5℃，保温5小时后随炉冷却到室温，得到的高温FeNiCo磁致伸缩合金，用于装备高温磁致伸缩传感器。
测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=24×10-6/℃，合金的居里温度：Tc=457℃。
实施例2
与实施例不同的是选取合金的成分含量为：Ni:49.0%、Co:10.0%、Cr:2.5%、Mo:2.5%、Ti:2.0%、Al:1.0%、B：0.005%，余量为Fe，其余的同实施例1。
测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=17×10-6/℃，合金的居里温度：Tc=470℃。
实施例3
与实施例不同的是选取合金的成分含量为Ni:32.0%、Co:21.0%、Cr:1.3%、Mo:1.5%、Ti:3.0%、Al:0.3%、B：0.004%，余量为Fe，其余同实施例1。
测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=29×10-6/℃，合金的居里温度：Tc=464℃。
Claims (3)
1.一种高温FeNiCo磁致伸缩合金，其特征在于：该合金的重量百分比为：
Ni：30.0～55.0%；
Co：1.0～22%；
Cr：1～3%；
Mo：1.0～3.5%；
Ti：2～3%；
Al：0.3～1.5 %；
B：0.003～0.005 %；
余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的高温FeNiCo磁致伸缩合金，其特征在于：该合金材料的晶体结构为面心立方结构。
3.高温FeNiCo磁致伸缩合金的制备方法，其特征在于，有下述步骤：
a).熔炼：
按权利要求1所述重量百分比称取合金的各个组分，在熔化功率80kW、精炼功率20～30 kW、真空度≥1Pa条件下，真空熔炼15~30分钟；
b).成坯：
经电渣重熔成铸锭，加热至1100～1170℃，热锻成方坯；
c).轧制：
将锻造后的合金坯料分别进行900～1170℃热轧，轧制成盘条；
d).冷拔：
将轧制成的盘条在0～45℃下冷拔成φ≤0.72mm的丝材；
e）.热处理：
步骤d)所述的丝材置于真空炉中，1000～1150℃下保温1～3小时，随后以30-100℃/h的速度冷却到580℃±5℃时，保温5小时后随炉冷却到室温，得到高温FeNiCo磁致伸缩合金。
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| CN103556005A CN103556005A (zh) | 2014-02-05 |
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| 磁致伸缩材料及其位移传感器研制;王宏;《重庆大学硕士论文》;20071105;第22-26页 * |
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