CN104004961B

CN104004961B - 一种FeAl磁致伸缩合金材料及制备方法

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Publication number: CN104004961B
Application number: CN201410258466.1A
Authority: CN
Inventors: 王宏; 张登友; 高学绪; 张十庆; 杨百炼; 邹兴政; 刘洋; 郭卫民; 李方; 唐锐; 王东哲; 刘庆宾
Original assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Current assignee: Chongqing Materials Research Institute Co Ltd
Priority date: 2014-06-12
Filing date: 2014-06-12
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2034-06-12
Also published as: CN104004961A

Abstract

本发明涉及一种价格低廉FeAl磁致伸缩合金带材及制备方法，该合金化学成分的重量百分比为：Al:11.5～14.5%、Mn:0～0.5%、Si:0～0.5%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P≤0.02%、Mo≤2.0%、Ce≤0.03%，余量为Fe。本发明所述合金具有很低的价格、高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小（6.7g/mm³)，在较宽的温度范围内具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，可广泛应用于各种高精度仪器仪表上。

Description

一种FeAl磁致伸缩合金材料及制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金，特别涉及一种低成本FeAl磁致伸缩合金材料及制备方法。

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，磁致伸缩材料具有机械能/电能转换效率高、能量密度大、响应速度快、可靠性好、驱动方式简单等特点，被广泛应用于换能、驱动、传感等技术领域，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核心敏感材料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尺寸的很薄的带材，而且该材料价格较高。Fe-Ni或Fe-Co磁致伸缩合金均含很高的钴或镍，而钴或镍的价格在上百元到数百元之间，远远高于铁或铝几元到十元左右的价格。随着科学技术的发展，磁致伸缩材料仪器仪表的使用范围也越来越广，因此，迫切需要开发一种既具有低成本、高居里温度、又能加工成薄带的新型磁致伸缩材料，以大大地促进该产业的高速发展。

发明内容

本发明的目的就是针对现有磁致伸缩材料价格高昂的不足，提供一种低成本FeAl磁致伸缩合金材料及制备方法。所述合金具有很低价格、高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小（6.7g/mm³)，在较宽的温度范围内具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，可广泛应用于各种高精度仪器仪表上。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

低成本FeAl磁致伸缩合金材料，该合金各组分的重量百分含量为：Al:11.5～14.5%；Mn:0～0.5%；Si:0～0.5%；C:≤0.02%；S≤0.02%；P≤0.02%；余量为Fe。

上述材料较好的技术方是，该合金各组分的重量百分含量为：Al:12.0～14.0%；Mn:0～0.5%；Si:0～0.5%；C:≤0.02%；S≤0.02%；P≤0.02%；余量为Fe。

该合金材料的晶体结构为体心立方结构。

低成本FeAl磁致伸缩合金材料的制备方法，有下述步骤：

1)熔炼：

按上述配比取合金的各个组分，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；1500~1560℃中低温浇注，得到铸锭；

2)成坯：

步骤1）所述的铸锭，1180℃保温5小时均匀化热处理，加热至1050～1180℃，热锻成板坯；

3)热轧：

步骤2）所述的板坯在900～1170℃热轧，轧制成板带材；

4)温轧：

将热轧后带材在300～700℃温轧，轧制成薄带材；

5）热处理：

步骤4)所述的薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，900～1000±5℃下保温2～3小时，随后以80-120℃/h的速度冷却到740℃±5℃，再以50-70℃/h的速度冷却到530℃±5℃，以10℃/h的速度冷却到480℃±5℃，最后以50-70℃/h的速度冷却到200℃±5℃后出炉，得到低成本FeAl磁致伸缩合金带材。

本发明所述合金材料的主要性能如下：

1.合金材料的饱和磁致伸缩系数：λs=(30～45)×10^-6/℃，

2.合金材料的居里温度：Tc≥470℃，

3.合金材料的电阻率：ρ=110～140μΩ﹒cm。。

本发明所述合金材料中C元素要求低于0.02%，高的C含量将会和铁或铝形成化合物析出，从而影响合金的磁性能；此外，S或P作为合金中的有害元素也要严格控制。本发明所述合金材料为体心立方结构，该结构材料的冷加工性能比面心立方的合金材料差，由于铝含量高（大于10%），合金变得硬而脆，而且容易形成FeAl有序相，很难通过冷加工成型，通常采用温轧加工进行变形加工。

FeAl合金材料的居里温度在500℃左右，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。本发明所述合金材料，解决了传统的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，本合金在730℃以下发生有序化转变，特别是在520℃左右的有序化转变效果最明显，合金经过有序化处理后可进一步提高饱和磁致伸缩系数，因此合金热处理时在730℃以下，特别是在520℃左右要缓慢冷却，其转变为Fe₃A1有序结构，进而获得大的饱和磁致伸缩系数，满足高精度仪器仪表的宽温使用要求。

本发明所述的低成本高温磁致伸缩合金，不含磁致伸缩材料常用的价格昂贵的稀土金属元素及价Co、Ni等原材料，也基本不含价格昂贵的稀土金属元素，主要合金成分为很低价格的铁和铝，具有很低的价格、高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小（6.7g/mm³)，抗振动和抗冲击性能良好的优点，在较宽的温度范围内，具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，广泛应用于各种高精度仪器仪表上。

本发明所述Mn、Si、Al、Fe均采用纯度为99.95%以上的金属原材料。

附图说明

图1为本发明所述FeAl合金二元相图。

具体实施方式

实施例1

按照各组分的重量百分含量：Al:13.1%、Mn:0.1%、Si:0.2%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分。按照以下方法制备本发明所述的低成本FeAl磁致伸缩合金带材：

将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≥1Pa、熔炼时间为15～30分钟，1500~1560℃中低温浇注成铸锭；铸锭于1180℃保温5小时均匀化热处理，在柴油炉中加热至1100℃，热锻成的板坯，板坯在900～1170℃热轧，轧制成板带，板带进行300～700℃温轧，轧制成0.1～0.6mm的薄带材。

将薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，900～1000±5℃下保温2～3小时，随后以80-120℃/h的速度冷却到740℃±5℃时，然后以50-70℃/h的速度冷却到530℃±5℃时，再以10℃/h的速度冷却到480℃±5℃时，最后以50-70℃/h的速度冷却到200℃±5℃后出炉，得到具有体心立方结构（参见图1）的低成本FeAl磁致伸缩合金带材，用于装备各种磁致伸缩传感器。

取实施例1所得低成本FeAl磁致伸缩合金带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=43×10^-6/℃，合金居里温度：Tc=510℃，合金电阻率：ρ=,121μΩ﹒cm。

实施例2

按照各组分的重量百分含量：Al:12.3%、Mn:0.5%、Si:0.1%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分，合金的制备同实施例1。

取实施例2所述的低成本FeAl磁致伸缩合金带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=37×10^-6/℃，合金的居里温度：Tc=520℃，合金电阻率：ρ=112μΩ﹒cm。

实施例3

按照各组分的重量百分含量：Al:13.9%、Mn:0.3%、Si:0.4%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P≤0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分，合金的制备同实施例1。

将实施例3所述的低成本FeAl磁致伸缩合金带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明：合金的饱和磁致伸缩系数λs=33×10^-6/℃，合金的居里温度：Tc=500℃，合金电阻率：ρ=130μΩ﹒cm。

Claims

1.一种FeAl磁致伸缩合金材料，其特征在于：该合金材料各组分的重量百分含量为：

Al:11.5～14.5%；Mn:0～0.5%；Si:0～0.5%；C:≤0.02%；S≤0.02%；P≤0.02%；余量为Fe，该合金材料采用下列方法制备：

1)熔炼：

按上述配比取合金的各个组分，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，1500~1560℃中低温浇注，得到铸锭；

2)成坯：

3)热轧：

步骤2）所述的板坯在900～1170℃热轧，轧制成板带材；

4)温轧：

将热轧后带材在300～700℃温轧，轧制成薄带材；

5）热处理：

步骤4)所述的薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，900～1005℃下保温2～3小时，随后以80-120℃/h的速度冷却到740℃±5℃，再以50-70℃/h的速度冷却到530℃±5℃，以10℃/h的速度冷却到480℃±5℃，最后以50-70℃/h的速度冷却到200℃±5℃后出炉，得到FeAl磁致伸缩合金材料。

2.根据权利要求1所述的FeAl磁致伸缩合金材料，其特征在于：该合金材料各组分的重量百分含量为：

Al:12.0～14.0%；Mn:0～0.5%；Si:0～0.5%；C:≤0.02%；S≤0.02%；P≤0.02%；余量为Fe。

3.根据权利要求1或2所述的FeAl磁致伸缩合金材料，其特征在于：该合金材料的晶体结构为体心立方结构。