CN109468520B - 超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，包括以下步骤：在盛放钕铁硼合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接，直到精炼结束后，得到钕铁硼合金液，再将铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊在旋转的同时产生振动，将钕铁硼合金液浇铸在铜辊上制成甩片。本发明由电磁搅拌结合超声振动的方式使合金温度及成分均匀化，从而达到快速熔炼的目的。在通常情况下，甩片的贴辊面上，成核点分布不均匀。当浇注时，在铜辊上施加超声波浇注的方法，使所得到的甩片单位体积成核点增多并且成核点均匀分布。
Description
技术领域
本发明涉及合金熔炼技术领域，具体是一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法。
背景技术
在传统熔炼钕铁硼合金时，Fe在钕铁硼合金中含量大且熔点较高，最后才可完全熔 化。由于熔炼时间太长，造成稀土挥发。合金液内部温度不均匀，导致甩片成分偏析。另外，合金甩片的成核点分布不均匀，降低磁性能。
发明内容
本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
本发明还有一个目的是提供一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金 的方法，包括以下步骤：在盛放钕铁硼合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电 加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接，以 使坩埚轴产生振动，直到精炼结束后，得到钕铁硼合金液，再将铜辊的一端与第二超声波 发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊在旋转的同时产生振动，将钕铁硼合金液浇铸在铜 辊上制成甩片。
优选的是，所述第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接的具体方式为：在所 述坩埚轴的一端套设轴承，所述第一超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接；铜辊 的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接的具体方式为：在所述铜辊的一端套设轴 承，所述第二超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接。
优选的是，第一超声波发生器的超声波频率为20～33kHz，功率为500～1500W，第一 超声波发生器的振动杆的尖端振幅为2～50μm。
优选的是，第二超声波发生器的超声波频率为40～60kHz，功率为500～1500W，第二 超声波发生器的振动杆的尖端振幅为30～50μm。
优选的是，电磁线圈的间隔为2cm。
优选的是，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为30wt％、B为0.97wt％、Ga 为0.1wt％、Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
优选的是，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为24.2wt％、Ce为3wt％、Ho 为3wt％、Cu为0.15wt％、Al为0.2wt％、Ga为0.1wt％、Zr为0.1wt％、B为0.98wt％， 其余为铁。
优选的是，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为29wt％、Dy为1wt％、B为0.97wt％、Ga为0.1wt％、Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
优选的是，所述第一超声波发生器设置在升降架上，所述升降架包括底座、设置在底 上的立柱、位于立柱一侧的固定板，所述立柱沿其轴向设有滑槽，所述滑槽内滑动设置滑 块，所述立柱的另一侧竖直设有伸缩杆，所述伸缩杆的顶部与所述滑块固接，所述固定板 的一端固设在所述滑块上，所述固定板上设有旋转电机，所述旋转电机的输出轴朝向所述 底座设置，所述旋转电机的输出轴上固设与其输出轴共轴线的导向圆盘，所述导向圆盘的 边缘处铰接有连接杆，所述连接杆的自由端铰接有活动球，贯穿所述活动球设有贯通孔， 贯穿所述贯通孔穿设有定位轴，所述定位轴的两端通过固定杆固设在所述固定板上，所述 活动球上固设有放置所述第一超声波发生器的容纳框，所述容纳框与所述连接杆的间距等 于所述活动球的直径。
优选的是，所述第一超声波发生器的振动杆为一对圆锥体拼接而成的两端均为尖端的 杆体，且远离所述第一超声波发生器的尖端两侧间隔固设多个振动针，所述圆锥体的高径 比为5:1，多个振动针的长度不超过所述圆锥体高度的六分之一，所述圆锥体与多个振动 针均由钨钢制成，所述伸缩杆为三级伸缩杆，每一级伸长的长度均相等，当所述伸缩杆完 全收缩时，所述第一超声波发生器的振动杆***盛放钕铁硼合金液的坩埚内，且与该坩埚 的底部的间距不大于5cm。
本发明至少包括以下有益效果：
本发明由电磁搅拌结合超声振动的方式使合金温度及成分均匀化，从而达到快速熔炼 的目的。在通常情况下，甩片的贴辊面上，成核点分布不均匀。当浇注时，在铜辊上施加 超声波浇注的方法，使所得到的甩片单位体积成核点增多并且成核点均匀分布。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明 的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明的实施例1中铜辊上未施加超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图2为本发明的实施例1中铜辊上施加了超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图3为本发明的实施例2中铜辊上未施加超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图4为本发明的实施例2中铜辊上施加了超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图5为本发明的实施例3中铜辊上未施加超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图6为本发明的实施例3中铜辊上施加了超声波得到的甩片的金相显微镜图；
图7为本发明的其中一个实施例中所述的升降架的结构示意图；
图8为本发明的其中一个实施例中所述第一超声波发生器的振动杆的结构示意图；
图9为本发明的其中一个实施例的制备甩片的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明 书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
<实施例1>
本发明提供了一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，包括以下步骤：在盛放钕铁硼 合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第 一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接，以使坩埚轴产生振动，直到精炼结束后， 得到钕铁硼合金液，再将铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊 在旋转的同时产生振动，将钕铁硼合金液浇铸在铜辊上制成甩片。坩埚轴是设置在坩埚内 部的可使坩埚绕其摆动的轴，优选为平行于坩埚口设置。在浇铸的过程中，坩埚内的钕铁 硼合金先流入到过度平台上，再由过度平台浇铸到铜辊上。如图9所示，91表示坩埚，92表示电磁线圈，93表示第一超声波发生器，94表示第一超声波发生器的振动杆，95表 示坩埚轴，96表示过度平台，97表示第二超声波发生器，98表示第二超声波发生器的振 动杆，99表示甩片，90表示钕铁硼合金液，900表示铜辊。
其中，
钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为30wt％、B为0.97wt％、Ga为0.1wt％、 Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
所述第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接的具体方式为：在所述坩埚轴的 一端套设轴承，所述第一超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接；铜辊的一端与第 二超声波发生器的振动杆可旋转连接的具体方式为：在所述铜辊的一端套设轴承，所述第 二超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接。
第一超声波发生器的超声波频率为20kHz，功率为500W，第一超声波发生器的振动杆的尖端振幅为2μm。
第二超声波发生器的超声波频率为40kHz，功率为500W，第二超声波发生器的振动杆的尖端振幅为30μm。
电磁线圈的间隔为2cm，即相邻线圈间的距离为2cm。
<实施例2>
本发明提供了一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，包括以下步骤：在盛放钕铁硼 合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第 一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可转选连接，待精炼结束后，得到钕铁硼合金液，再将 铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊在旋转的同时产生振动， 将钕铁硼合金液浇铸在铜辊上制成甩片。坩埚轴是设置在坩埚内部的可使坩埚绕其摆动的 轴，优选为平行于坩埚口设置。在浇铸的过程中，坩埚内的钕铁硼合金先流入到过度平台 上，再由过度平台浇铸到铜辊上。如图9所示，91表示坩埚，92表示电磁线圈，93表示第一超声波发生器，94表示第一超声波发生器的振动杆，95表示坩埚轴，96表示过度平 台，97表示第二超声波发生器，98表示第二超声波发生器的振动杆，99表示甩片，90表 示钕铁硼合金液，900表示铜辊。其中，
钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为24.2wt％、Ce为3wt％、Ho为3wt％、 Cu为0.15wt％、Al为0.2wt％、Ga为0.1wt％、Zr为0.1wt％、B为0.98wt％，其余 为铁。
所述第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接的具体方式为：在所述坩埚轴的 一端套设轴承，所述第一超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接；铜辊的一端与第 二超声波发生器的振动杆可旋转连接的具体方式为：在所述铜辊的一端套设轴承，所述第 二超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接。
第一超声波发生器的超声波频率为25kHz，功率为1000W，第一超声波发生器的振动杆的尖端振幅为38μm。
第二超声波发生器的超声波频率为50kHz，功率为1000W，第二超声波发生器的振动杆的尖端振幅为40μm。
电磁线圈的间隔为2cm，即相邻线圈间的距离为2cm。
<实施例3>
本发明提供了一种超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，包括以下步骤：在盛放钕铁硼 合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第 一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接，待精炼结束后，得到钕铁硼合金液，再将 铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊在旋转的同时产生振动， 将钕铁硼合金液浇铸在铜辊上制成甩片。坩埚轴是设置在坩埚内部的可使坩埚绕其摆动的 轴，优选为平行于坩埚口设置。在浇铸的过程中，坩埚内的钕铁硼合金先流入到过度平台 上，再由过度平台浇铸到铜辊上。如图9所示，91表示坩埚，92表示电磁线圈，93表示第一超声波发生器，94表示第一超声波发生器的振动杆，95表示坩埚轴，96表示过度平 台，97表示第二超声波发生器，98表示第二超声波发生器的振动杆，99表示甩片，90表 示钕铁硼合金液，900表示铜辊。其中，
钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为29wt％、Dy为1wt％、B为0.97wt％、 Ga为0.1wt％、Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
所述第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接的具体方式为：在所述坩埚轴的 一端套设轴承，所述第一超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接；铜辊的一端与第 二超声波发生器的振动杆可旋转连接的具体方式为：在所述铜辊的一端套设轴承，所述第 二超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接。
第一超声波发生器的超声波频率为33kHz，功率为1500W，第一超声波发生器的振动杆的尖端振幅为50μm。
第二超声波发生器的超声波频率为60kHz，功率为1500W，第二超声波发生器的振动杆的尖端振幅为50μm。
电磁线圈的间隔为2cm，即相邻线圈间的距离为2cm。
如下表1为实施例1-3得到的甩片以及各自的铜辊未连接第二超声波发生器(即铜辊 上未施加超声波时)得到的甩片的数据对比，以及如图1-6中的所对应的甩片的金相显微 镜图，图1-6中C代表成核点。
表1
综上可得，本发明由电磁搅拌结合超声振动的方式使合金温度及成分均匀化，从而达 到快速熔炼的目的。在通常情况下，甩片的贴辊面上，成核点分布不均匀。当浇注时，在 铜辊上施加超声波浇注的方法，使所得到的甩片单位体积成核点增多并且成核点均匀分布。
<实施例4>
实施例1-3中，在施加超声波时，将第一超声波发生器按照如下方式安装，以实现在 施加超声波时，超声波振动杆可以自我振动的同时产生位移，搅动坩埚内的钕铁硼合金液， 使合金温度及成分均匀化，熔炼时间缩短。
安装方式为：所述第一超声波发生器设置在升降架上，如图7所示，所述升降架包括 底座11、设置在底座11上的立柱12、位于立柱12一侧的固定板13，所述立柱12沿其轴 向设有滑槽，所述滑槽内滑动设置滑块14，所述立柱12的另一侧竖直设有伸缩杆15，所 述伸缩杆的顶部与所述滑块14固接，滑块14是沿立柱12径向贯穿设置，所述固定板13 的一端固设在所述滑块14上，所述固定板13上设有旋转电机16，所述旋转电机16的输 出轴朝向所述底座11设置，所述旋转电机16的输出轴上固设与其输出轴共轴线的导向圆 盘17，所述导向圆盘17的边缘处铰接有连接杆18，所述连接杆18的自由端铰接有活动 球19，贯穿所述活动球19设有贯通孔，贯穿所述贯通孔穿设有定位轴20，所述定位轴 20的两端通过固定杆固设在所述固定板13上，所述活动球19上固设有放置所述第一超 声波发生器的容纳框21，所述容纳框21与所述连接杆18的间距等于所述活动球19的直 径。
如图8所示，所述第一超声波发生器的振动杆为一对圆锥体拼接而成的两端均为尖端 的杆体，且远离所述第一超声波发生器的尖端两侧间隔固设多个振动针3，所述圆锥体的 高径比为5:1，多个振动针3的长度不超过所述圆锥体高度的六分之一，所述圆锥体与多 个振动针3均由钨钢制成，所述伸缩杆15为三级伸缩杆，每一级伸长的长度均相等，当所述伸缩杆完全收缩时，所述第一超声波发生器的振动杆***盛放钕铁硼合金液的坩埚内， 且与该坩埚的底部的间距不大于5cm。
通过升降架以及振动杆的设置，使得实施例1-3所得到的甩片的金相显微图的成核点 进一步增多且分布均匀。实施例1-3依次对应编号为①②③，试验数据如下表2所示。
表2
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用， 它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实 现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限 于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (10)
1.超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，包括以下步骤：在盛放钕铁硼合金原料的坩埚***缠绕电磁线圈，电磁线圈通电加热钕铁硼合金原料开始融化时，将第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接，以使坩埚轴产生振动，直到精炼结束后，得到钕铁硼合金液，再将铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接，以使铜辊在旋转的同时产生振动，将钕铁硼合金液浇铸在铜辊上制成甩片。
2.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，所述第一超声波发生器的振动杆与坩埚轴可旋转连接的具体方式为：在所述坩埚轴的一端套设轴承，所述第一超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接；铜辊的一端与第二超声波发生器的振动杆可旋转连接的具体方式为：在所述铜辊的一端套设轴承，所述第二超声波发生器的振动杆与所述轴承的外壁固接。
3.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，第一超声波发生器的超声波频率为20～33kHz，功率为500～1500W，第一超声波发生器的振动杆的尖端振幅为2～50μm。
4.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，第二超声波发生器的超声波频率为40～60kHz，功率为500～1500W，第二超声波发生器的振动杆的尖端振幅为30～50μm。
5.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，电磁线圈的间隔为2cm。
6.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为30wt％、B为0.97wt％、Ga为0.1wt％、Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
7.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为24.2wt％、Ce为3wt％、Ho为3wt％、Cu为0.15wt％、Al为0.2wt％、Ga为0.1wt％、Zr为0.1wt％、B为0.98wt％，其余为铁。
8.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，钕铁硼合金原料的成分及配比为：PrNd为29wt％、Dy为1wt％、B为0.97wt％、Ga为0.1wt％、Co为0.27wt％、Cu为0.1wt％、Nb为0.2wt％，其余为铁。
9.如权利要求1所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，所述第一超声波发生器设置在升降架上，所述升降架包括底座、设置在底座上的立柱、位于立柱一侧的固定板，所述立柱沿其轴向设有滑槽，所述滑槽内滑动设置滑块，所述立柱的另一侧竖直设有伸缩杆，所述伸缩杆的顶部与所述滑块固接，所述固定板的一端固设在所述滑块上，所述固定板上设有旋转电机，所述旋转电机的输出轴朝向所述底座设置，所述旋转电机的输出轴上固设与其输出轴共轴线的导向圆盘，所述导向圆盘的边缘处铰接有连接杆，所述连接杆的自由端铰接有活动球，贯穿所述活动球设有贯通孔，贯穿所述贯通孔穿设有定位轴，所述定位轴的两端通过固定杆固设在所述固定板上，所述活动球上固设有放置所述第一超声波发生器的容纳框，所述容纳框与所述连接杆的间距等于所述活动球的直径。
10.如权利要求9所述的超声波振荡熔炼钕铁硼合金的方法，其特征在于，所述第一超声波发生器的振动杆为一对圆锥体拼接而成的两端均为尖端的杆体，且远离所述第一超声波发生器的尖端两侧间隔固设多个振动针，所述圆锥体的高径比为5:1，多个振动针的长度不超过所述圆锥体高度的六分之一，所述圆锥体与多个振动针均由钨钢制成，所述伸缩杆为三级伸缩杆，每一级伸长的长度均相等，当所述伸缩杆完全收缩时，所述第一超声波发生器的振动杆***盛放钕铁硼合金液的坩埚内，且与该坩埚的底部的间距不大于5cm。
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