易加工、大磁致伸縮FeAl合金帶材及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種本發(fā)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(jià)格、易于冷加工、高的居里溫度，高的電阻率和硬度，密度較?。?.7g/mm3)，抗振動(dòng)和抗沖擊性能良好，在軋制方向及較寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數(shù)，能夠在許多領(lǐng)域取代價(jià)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(yīng)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(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)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(shù)】
磁致伸縮材料是具有機(jī)械能/電能轉(zhuǎn)換效率高、能量密度大、響應(yīng)速度高、可靠性好、驅(qū)動(dòng)方式簡單等特點(diǎn)，正是這些性能優(yōu)點(diǎn)引發(fā)了傳統(tǒng)電子信息系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)、振動(dòng)系統(tǒng)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(yīng)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(jī)械加工、精密測(cè)量儀器、照相機(jī)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(jī)器人的機(jī)械聯(lián)動(dòng)等裝置中，在物位精密測(cè)量、質(zhì)量檢驗(yàn)、優(yōu)化控制、工況檢測(cè)和故障診斷等領(lǐng)域發(fā)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(yīng)變，但其脆性大，不能加工成絲且價(jià)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(yīng)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(jià)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(jià)格在上百元到數(shù)百元之間，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于鐵或鋁幾元到十元左右的價(jià)格；Fe-13Al磁致伸縮合金的Al含量高于10%時(shí)，室溫脆性很高，難于冷加工成型。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)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(fā)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(jìn)該產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。 [0005]
【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有磁致伸縮材料價(jià)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(jià)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(dòng)和抗沖擊性能良好，在軋制方向及較寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數(shù)，能夠在許多領(lǐng)域取代價(jià)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(yīng)用于各種高精度儀器儀表上。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)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(shù)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(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)。
[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(quán)利要求1或2所述配比取合金的各個(gè)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(shí)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(jìn)行冷軋，壓下率為50~70%，經(jīng)900~1050°C保溫I小時(shí)中間退火后進(jìn)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(hù)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(shí)，隨后以80~120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時(shí)，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(shù):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(fā)明合金中C元素要求低于0.02%,高的C含量將會(huì)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(yán)格控制，過高的S1、Mn均會(huì)對(duì)磁致伸縮性能產(chǎn)生不利影響，控制其各自的含量不大于0.1。本發(fā)明所述合金材料為體心立方結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)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(nèi)獲得大的飽和磁致伸縮系數(shù)。本發(fā)明所述合金，解決了傳統(tǒng)的磁致伸縮合金的居里溫度低的問題，擴(kuò)大了其使用溫度范圍。
[0013]制備過程中，通過適當(dāng)?shù)臒崽幚砉に噥碚{(diào)整合金的組織和性能，合金經(jīng)過緩慢加熱處理后可進(jìn)一步提高飽和磁致伸縮系數(shù)，滿足高精度儀器儀表的寬溫使用要求。
[0014]本發(fā)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(jià)格昂貴的稀土金屬元素及價(jià)Co、Ni等原材料，也基本不含價(jià)格昂貴的稀土金屬元素，主要合金成分為很低價(jià)格的鐵和鋁，原材料豐富，具有很低的價(jià)格的有點(diǎn)。本發(fā)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(dòng)和抗沖擊性能良好，在軋制方向及較寬的溫度范圍內(nèi)具有良好的磁性能和較大的飽和磁致伸縮系數(shù)，能夠在許多領(lǐng)域取代價(jià)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(yīng)用于各種高精度儀器儀表上。
[0015]本發(fā)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(shí)施方式】
[0017]實(shí)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(fā)明所述合金的各組分。按照以下方法制備本發(fā)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(jìn)真空感應(yīng)進(jìn)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(shí)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(jìn)行900~1170°C熱軋，軋制成板帶材；板帶材帶進(jìn)行二次冷軋，首次軋制在室溫下進(jìn)行冷軋，壓下率控制在50~70%，經(jīng)900~1050°C保溫I小時(shí)中間退火后進(jìn)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(hù)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(shí)，隨后以80-120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時(shí)，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(jié)構(gòu)(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(shí)施例1所得帶材，做磁性測(cè)試及電性能測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數(shù)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(shí)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(fā)明所述合金的各組分。合金的制備同實(shí)施例1。
[0020]取實(shí)施例2得到的帶材，做磁性測(cè)試及電性能測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數(shù)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(shí)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(fā)明所述合金的各組分。合金的制備同實(shí)施例1。
[0022]取實(shí)施例3得到的帶材，做磁性測(cè)試及電性能測(cè)試試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果表明:合金軋制方向的飽和磁致伸縮系數(shù)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(quán)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(jù)權(quán)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(jù)權(quán)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(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)。
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(quán)利要求1或2所述配比取合金的各個(gè)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(shí)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(jìn)行冷軋，壓下率為50~70%，經(jīng)900~1050°C保溫I小時(shí)中間退火后進(jìn)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(hù)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(shí)，隨后以80~120°C /h的速度冷卻到720°C ±5°C時(shí)，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(hào)】C22C38/06GK104018061SQ201410258480
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】王宏, 張登友, 高學(xué)緒, 張十慶, 楊百煉, 鄒興政, 劉洋, 郭衛(wèi)民, 唐龍, 李方, 唐銳, 王東哲, 劉慶賓 申請(qǐng)人:重慶材料研究院有限公司