一種FeAl磁致伸縮合金材料及制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種本發明公開了一種價格低廉FeAl磁致伸縮合金帶材及制備方法，該合金化學成分的重量百分比為：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%，余量為Fe。本發明所述合金具有很低的價格、高的居里溫度，高的電阻率和硬度，密度較小（6.7g/mm3)，在較寬的溫度范圍內具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數，能夠在許多領域取代價格昂貴的稀土超磁致伸縮材料、鐵鈷及鐵鎳磁致伸縮材料，可廣泛應用于各種高精度儀器儀表上。
【專利說明】一種FeAI磁致伸縮合金材料及制備方法
[0001]【技術領域】
本發明涉及一種合金，特別涉及一種低成本FeAl磁致伸縮合金材料及制備方法。
[0002]【背景技術】
磁致伸縮材料是自上世紀六七十年代迅速發展起來的新型智能功能材料，目前已被視為本世紀提高國家高科技綜合競爭力的戰略性材料，磁致伸縮材料具有機械能/電能轉換效率高、能量密度大、響應速度快、可靠性好、驅動方式簡單等特點，被廣泛應用于換能、驅動、傳感等【技術領域】，在物位精密測量、質量檢驗、優化控制、工況檢測和故障診斷等領域發揮著重要的作用。
[0003]磁致伸縮傳感器用的核心敏感材料大多采用磁致伸縮材料。稀土超磁致伸縮材料TbDyFe合金具有巨大的磁致伸縮應變，但其脆性大，不能加工成絲且價格昂貴。Fe-Ga合金的研究正處于起步階段，其也具有較高的磁致伸縮應變，但其磁致伸縮性能受晶體取向影響較大，且加工難度也較大，難于加工成傳感器所需尺寸的很薄的帶材，而且該材料價格較高。Fe-Ni或Fe-Co磁致伸縮合金均含很高的鈷或鎳，而鈷或鎳的價格在上百元到數百元之間，遠遠高于鐵或鋁幾元到十元左右的價格。隨著科學技術的發展，磁致伸縮材料儀器儀表的使用范圍也越來越廣，因此，迫切需要開發一種既具有低成本、高居里溫度、又能加工成薄帶的新型磁致伸縮材料，以大大地促進該產業的高速發展。
[0004]
【發明內容】

本發明的目的就是針對現有磁致伸縮材料價格高昂的不足，提供一種低成本FeAl磁致伸縮合金材料及制備方法。所述合金具有很低價格、高的居里溫度，高的電阻率和硬度，密度較小(6.7g/mm3)，在較寬的溫度范圍內具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數，能夠在許多領域取代價格昂貴的稀土超磁致伸縮材料、鐵鈷及鐵鎳磁致伸縮材料，可廣泛應用于各種高精度儀器儀表上。
[0005]為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
低成本FeAl磁致伸縮合金材料，該合金各組分的重量百分含量為:A1:11.5~14.5% ；Mn: O ~0.5% ；S1:0 ~0.5% ；C: ≤ 0.02% ；S≤ 0.02% ；P ≤ 0.02% ;余量為 Fe。
[0006]上述材料較好的技術方是，該合金各組分的重量百分含量為:A1:12.0~14.0% ；Mn: O ~0.5% ；S1:0 ~0.5% ；C: ≤ 0.02% ；S ≤ 0.02% ；P ≤ 0.02% ;余量為 Fe。
[0007]該合金材料的晶體結構為體心立方結構。
[0008]低成本FeAl磁致伸縮合金材料的制備方法，有下述步驟:
1)熔煉:
按權利要求1或2所述配比取合金的各個組分，在熔化功率80KW、精煉功率20~30KW、真空度≤IPa條件下，真空熔煉15~30分鐘；1500-1560?中低溫澆注，得到鑄錠；
2)成坯:
步驟I)所述的鑄錠，1180°C保溫5小時均勻化熱處理，加熱至1050~1180°C，熱鍛成板坯；
3)熱軋:步驟2)所述的板坯在900~1170°C熱軋，軋制成板帶材；
4)溫軋:
將熱軋后帶材在300~700°C溫軋，軋制成薄帶材；
5)熱處理:
步驟4)所述的薄帶材置于氫氣保護爐或真空爐中，900~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80-120°C /h的速度冷卻到740°C ±5°C，再以50_70°C /h的速度冷卻到530V ±5°C，以10°C /h的速度冷卻到480°C ±5°C，最后以50-70V /h的速度冷卻到2000C ±5°C后出爐，得到低成本FeAl磁致伸縮合金帶材。
[0009]本發明所述合金材料的主要性能如下:
1.合金材料的飽和磁致伸縮系數:λS= (30~45) X 10_6/°C，
2.合金材料的居里溫度:Tc≥470°C,
3.合金材料的電阻率:P=110~140 μ Ω.cm。。
[0010]本發明所述合金材料中C元素要求低于0.02%,高的C含量將會和鐵或鋁形成化合物析出，從而影響合金的磁性能；此外，S或P作為合金中的有害元素也要嚴格控制。本發明所述合金材料為體心立方結構，該結構材料的冷加工性能比面心立方的合金材料差，由于鋁含量高(大于10%) ，合金變得硬而脆，而且容易形成FeAl有序相，很難通過冷加工成型，通常采用溫軋加工進行變形加工。
[0011]FeAl合金材料的居里溫度在500°C左右，在居里溫度以下，由于磁致伸縮合金一直保持良好的磁致伸縮性能，因而可在較寬溫度范圍內獲得大的飽和磁致伸縮系數。本發明所述合金材料，解決了傳統的磁致伸縮合金的居里溫度低的問題，擴大了其使用溫度范圍。
[0012]制備過程中，通過適當的熱處理工藝來調整合金的組織和性能，本合金在730°C以下發生有序化轉變，特別是在520°C左右的有序化轉變效果最明顯，合金經過有序化處理后可進一步提高飽和磁致伸縮系數，因此合金熱處理時在730°C以下，特別是在520°C左右要緩慢冷卻，其轉變為Fe3Al有序結構，進而獲得大的飽和磁致伸縮系數，滿足高精度儀器儀表的寬溫使用要求。
[0013]本發明所述的低成本高溫磁致伸縮合金，不含磁致伸縮材料常用的價格昂貴的稀土金屬元素及價Co、Ni等原材料，也基本不含價格昂貴的稀土金屬元素，主要合金成分為很低價格的鐵和鋁，具有很低的價格、高的居里溫度，高的電阻率和硬度，密度較小(6.7g/mm3)，抗振動和抗沖擊性能良好的優點，在較寬的溫度范圍內，具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數，能夠在許多領域取代價格昂貴的稀土超磁致伸縮材料、鐵鈷及鐵鎳磁致伸縮材料，廣泛應用于各種高精度儀器儀表上。
[0014]本發明所述Mn、S1、Al、Fe均采用純度為99.95%以上的金屬原材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為本發明所述FeAl合金二元相圖。
【具體實施方式】
[0016]實施例1按照各組分的重量百分含量:A1:13.1%、Mn: 0.1%、S1:。.2%、C: ( 0.02%、S ≤ 0.02%、P^0.02%，余量為Fe，取本發明所述合金的各組分。按照以下方法制備本發明所述的低成本FeAl磁致伸縮合金帶材:
將上述組分放進真空感應進行熔煉，熔煉工藝為熔化功率80Kw、精煉功率20~30Kw、真空度≥IPa、熔煉時間為15~30分鐘，150(Tl560°C中低溫澆注成鑄錠；鑄錠于1180°C保溫5小時均勻化熱處理，在柴油爐中加熱至1100°C，熱鍛成的板坯，板坯在900~1170°C熱車L，軋制成板帶，板帶進行300~70011C溫軋,車L制成0.1~0.6mm的薄帶材。
將薄帶材置于氫氣保護爐或真空爐中，900~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80-120°C /h的速度冷卻到740°C ±5℃時，然后以50-701: /h的速度冷卻到530°C ±5°C時，再以10°C /h的速度冷卻到480°C ±5°C時，最后以50-70°C /h的速度冷卻到200°C ±5°C后出爐，得到具有體心立方結構(參見圖1)的低成本FeAl磁致伸縮合金帶材，用于裝備各種磁致伸縮傳感器。
[0017]取實施例1所得低成本FeAl磁致伸縮合金帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金的飽和磁致伸縮系數As=43X10_6/°C，合金居里溫度:Tc=510°C，合金電阻率:P =,121 μ Ω.cm ο
[0018]實施例2
按照各組分的重量百分含量:A1:12.3%、Mn: 0.5%、S1:。.1%、C: ≤0.02%、S ≤ 0.02%、P^0.02%，余量為Fe，取本發明所述合金的各組分，合金的制備同實施例1。
[0019]取實施例2所述的低成本FeAl磁致伸縮合金帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金的飽和磁致伸縮系數AS=37X10_7°C，合金的居里溫度:Tc=520°C，合金電阻率:P =112μ Ω.cm ο
[0020]實施例3
按照各組分的重量百分含量:A1:13.9%、Mn: 0.3%、S1:0.4%、C: ≤ 0.02%、S ≤ 0.02%、P^0.02%，余量為Fe，取本發明所述合金的各組分，合金的制備同實施例1。
[0021]將實施例3所述的低成本FeAl磁致伸縮合金帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金的飽和磁致伸縮系數As=33X10_6/°C，合金的居里溫度:Tc=500°C，合金電阻率:P =130μ Ω.cm ο
【權利要求】
1.一種FeAl磁致伸縮合金材料，其特征在于:該合金各組分的重量百分含量為:
Al: 11.5 ~14.5% ；
Mn: O ~0.5% ；
S1:0 ~0.5% ；
C:≤ 0.02% ；
S ≤ 0.02% ；
P ≤ 0.02% ； 余量為Fe。
2.根據權利要求1所述的材料，其特征在于:該合金各組分的重量百分含量為:
Al: 12.0 ~14.0% ；
Mn: O ~0.5% ；
S1:0 ~0.5% ；
C:≤ 0.02% ；
S ≤ 0.02% ；
P ≤ 0.02% ； 余量為Fe。
3.根據權利要求1或2所述的材料，其特征在于:該合金材料的晶體結構為體心立方結構。
4.一種FeAl磁致伸縮合金材料的制備方法，其特征在于，有下述步驟: 1)熔煉: 按權利要求1或2所述配比取合金的各個組分，在熔化功率80Kw、精煉功率20~30Kw、真空度≤IPa條件下，真空熔煉15~30分鐘，150(Tl560°C中低溫澆注，得到鑄錠； 2)成坯: 步驟I)所述的鑄錠，1180°C保溫5小時均勻化熱處理，加熱至1050~1180°C，熱鍛成板坯； 3)熱軋: 步驟2)所述的板坯在900~1170°C熱軋，軋制成板帶材； 4)溫軋: 將熱軋后帶材在300~700°C溫軋，軋制成薄帶材； 5)熱處理: 步驟4)所述的薄帶材置于氫氣保護爐或真空爐中，900~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80-120°C /h的速度冷卻到740°C ±5°C，再以50_70°C /h的速度冷卻到530V ±5°C，以10°C /h的速度冷卻到480°C ±5°C，最后以50-70V /h的速度冷卻到2000C ±5°C后出爐，得到FeAl磁致伸縮合金帶材。
【文檔編號】C22C38/06GK104004961SQ201410258466
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月12日 優先權日:2014年6月12日
【發明者】王宏, 張登友, 高學緒, 張十慶, 楊百煉, 鄒興政, 劉洋, 郭衛民, 李方, 唐銳, 王東哲, 劉慶賓 申請人:重慶材料研究院有限公司