易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材及制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種本發明公開了一種易加工、低成本、大磁致伸縮FeAl合金帶材及制備方法，該合金帶材的重量百分含量為：Al:7.0～9.5%、Mn:0～0.1%、Si:0～0.1%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P≤0.02%、Mo≤2.0%、Ce≤0.03%，余量為Fe。所述合金具有很低價格、易于冷加工、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，在軋制方向及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】易加工、大磁致伸縮FeAI合金帶材及制備方法
[0001]【技術領域】
本發明涉及一種合金，特別涉及一種易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材及制備方法。
[0002]【背景技術】
磁致伸縮材料是具有機械能/電能轉換效率高、能量密度大、響應速度高、可靠性好、驅動方式簡單等特點，正是這些性能優點引發了傳統電子信息系統、傳感系統、振動系統等的革命性變化。磁致伸縮材料作為一類智能材料，被廣泛應用液位傳感器、位移傳感器、磁彈性型扭矩傳感器、楊氏模量傳感器、超精密機械加工、精密測量儀器、照相機快門、精密流量控制、坦克、核潛艇、激光鏡、電子顯微鏡、高速閥和燃料噴射裝置、電力傳輸繼電器、以及機器人的機械聯動等裝置中，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的尺寸很薄的帶材，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；Fe-13Al磁致伸縮合金的Al含量高于10%時，室溫脆性很高，難于冷加工成型。
[0004]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寬，因此，迫切需要開發一種既具有低成本、高居里溫度、又易于冷加工成薄帶的新型磁致伸縮材料，以降低成本，并大大地促進該產業的高速發展。 [0005]
【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，提供一種易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材及制備方法。所述合金具有很低價格、易于冷加工、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，在軋制方向及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。
[0006]為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案:
易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材，該帶材的重量百分含量為:A1:7.0~9.5%, Mn:O ~0.1%, S1:0 ~0.1%，C:≤ 0.02%, S ≤ 0.02%, P ≤ 0.02%，余量為 Fe。
[0007]上述帶材較好的技術方是，該合金重量百分含量為:Al:7.5~9.0%，Mn: O~
0.1%, S1:0 ~0.1%，C:≤ 0.02%, S ≤ 0.02%, P ≤ 0.02%，余量為 Fe。
[0008]該合金材料的晶體結構為體心立方結構。
[0009]易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材的制備方法,有下述步驟:
I)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°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)冷軋:
將熱軋后的合金坯料室溫進行冷軋，壓下率為50~70%，經900~1050°C保溫I小時中間退火后進行二次冷軋，壓下率控制在50~80%，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，以40~60°C /h的速度緩慢加熱到800~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80~120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時，然后以50~70°C /h的速度冷卻到200°C ±5°C后出爐，得到易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材。
[0010]本合金的主要性能如下:
1.合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數:λS= (60~80) X 10_6/°C，
2.合金電阻率:P=80~100 μ Ω.cm,
3.合金的居里溫度:Tc≥650°C。
[0011 ] 本發明合金中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，過高的S1、Mn均會對磁致伸縮性能產生不利影響，控制其各自的含量不大于0.1。本發明所述合金材料為體心立方結構，該結構材料的加工性能雖略遜于面心立方的鐵鎳合金材料，但由于鋁含量不聞(小于10%),因此易于冷加工。
[0012]FeAl合金的居里溫度在680°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，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。
[0013]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，合金經過緩慢加熱處理后可進一步提高飽和磁致伸縮系數，滿足高精度儀器儀表的寬溫使用要求。
[0014]本發明所述的易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材，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，原材料豐富，具有很低的價格的有點。本發明的合金的Al含量低于10%，具有良好的室溫塑性，因此易于冷加工。所述帶材具有高的居里溫度，高的電阻率和硬度，密度較小(6.9g/mm3)，其抗振動和抗沖擊性能良好，在軋制方向及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。
[0015]本發明所述Mn、S1、Al、Fe均采用純度≥99.95%的金屬原材料。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為易加工、大磁致伸縮FeAl合金二元相圖。【具體實施方式】
[0017]實施例1
按照各組分的重量百分含量:A1:7.5%、Mn: 0.1%、S1:0.1%、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。按照以下方法制備本發明所述的易加工、大磁致伸縮FeAl磁致伸縮合金帶材:
將上述組分放進真空感應進行熔煉，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°C中低溫澆注，得到鑄錠；鑄錠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，合金板坯進行900~1170°C熱軋，軋制成板帶材；板帶材帶進行二次冷軋，首次軋制在室溫下進行冷軋，壓下率控制在50~70%，經900~1050°C保溫I小時中間退火后進行二次冷軋，壓下率控制在50~80%,軋制成0.1~0.6mm以下的薄帶材。
將薄帶材置于氫氣保護爐或真空爐中，以40-60°C /h的速度緩慢加熱到800~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80-120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時，然后以50-70 V /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)的易加工、大磁致伸縮FeAl磁致伸縮合金帶材，用于裝備各種磁致伸縮傳感器。
[0018]將實施例1所得帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數λ s=63X 10_6/°C，合金電阻率:P =86 μ Ω.cm,合金的居里溫度:Tc=70(TC。
[0019]實施例2
按照各組分的重量百分含量:A1:8.2%、Mn: 0.1%、S1:。.03%、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。
[0020]取實施例2得到的帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數λ s=70X10_7°C，合金電阻率:P =90μ Ω.Cm,合金的居里溫度:Tc=680°Co
[0021]實施例3
按照各組分的重量百分含量:A1:9.3%、Mn: 0.04%、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。
[0022]取實施例3得到的帶材，做磁性測試及電性能測試試驗，測試結果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數λ S=62X10_7°C，合金電阻率:P =94μ Ω.cm,合金的居里溫度:Tc=670°Co
【權利要求】
1.一種易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材，其特征在于:該合金帶材的重量百分含量為:
Al: 7.0 ~9.5%,
Mn: O ~0.1%,
S1:0 ~0.1%,
C:≤ 0.02%,
S ≤ 0.02%,
P ≤ 0.02% 余量為Fe。
2.根據權利要求1所述的帶材，其特征在于:該合金帶材重量百分含量為:
Al: 7.5 ~9.0%,
Mn: O ~0.1%,
S1:0 ~0.1%,
C:≤ 0.02%,
S ≤ 0.02%,
P ≤ 0.02% 余量為Fe。
3.根據權利要求1或2所述的帶材，其特征在于:該合金材料的晶體結構為體心立方結構。
4.易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材的制備方法,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，1500~1560°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)冷軋: 將熱軋后的板帶材在室溫進行冷軋，壓下率為50~70%，經900~1050°C保溫I小時中間退火后進行二次冷軋，壓下率控制在50~80%，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，以40~60°C /h的速度緩慢加熱到800~1000±5°C下保溫2~3小時，隨后以80~120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時，然后以50~70°C /h的速度冷卻到200°C ±5°C后出爐，得到易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材。
【文檔編號】C22C38/06GK104018061SQ201410258480
【公開日】2014年9月3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, 唐龍, 李方, 唐銳, 王東哲, 劉慶賓 申請人:重慶材料研究院有限公司