[發明專利]一種鉑鈷永磁多極環及制備方法

有效

• 申請號: 201010622530.1
• 申請日: 2010-12-28
• 公開（公告）號: CN102134665A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 李衛;朱明剛;郭朝暉;劉濤
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C5/04
• 分類號: C22C5/04;B22D27/04;B22D7/06;C22F1/14;H01F7/02
• 代理公司: 北京華誼知識產權代理有限公司 11207
• 代理人: 劉月娥

技術領域

本發明屬于永磁多極環技術領域，特別是涉及一種鉑鈷永磁多極環及制備方法，一種高表面氣隙磁密、高均勻性的鉑鈷永磁多極環及制備方法。

背景技術

永磁多極環常被用如，陸用定位定向系統、高精度尋北儀以及船用高精度導航系統等高科技控制器的核心部位中，在當今許多技術領域起著不可替代的作用。應用中一般要求整體、輻向或軸向多極。但是在一些先進的陀螺中，多極環往往需要在氫氣的環境中使用，由于氫氣的氣體粘度小，導熱系數大，陀螺內部充氫后可以改善氣體動態力矩，提高陀螺的精度，這就對多極磁環的耐氫性能、耐高溫、高精度(易加工)、磁性能以及均勻性提出了要求。NdFeB和SmCo磁體容易與氫氣發生反應，往往不能滿足氫氣氛的工作環境。而采用鉑鈷永磁材料來制造多極環具有良好的機械性能，可以進行熱、冷變形加工，它的耐氫性能也很好，可以長時間在氫氣氛下使用，而其物理化學性質不發生改變。同時，鉑鈷永磁材料具有較高的矯頑力和最大磁能積，通常矯頑力大于400kA/m(5000Oe)，最大磁能積大于72kJ/m³(9MGOe)。高的矯頑力保證了磁輻射多極環在退磁場影響下的穩定性，高磁能積可以使多極環的每極氣隙磁密波形系數優于正弦波，進而滿足更高的使用要求。可見，鉑鈷永磁材料在現代高科技領域仍具有不可替代的地位。

鉑鈷永磁材料主要采用的是鑄造永磁合金的制備工藝，這種制備工藝制造的鉑鈷永磁合金的晶粒尺寸粗大，存在鑄造缺陷，會造成磁體性能上的不均勻。永磁多極環在使用過程中往往對其氣隙磁密的均勻性有較高的要求，由于這種磁環在磁化方向上的特殊性，要求多極環的組織結構在圓周方向的分布更加均勻，這對材料組織結構的控制提出了更高的要求。目前對于鉑鈷多極環制備和均勻性控制的研究在國內外還未見相關的報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種鉑鈷永磁多極環及制備方法，針對耐氫性好、磁性能高的鉑鈷永磁多極環，實現了制備工藝簡單，沿圓周方向氣隙磁場均勻一致性好的鉑鈷永磁輻射多極環。

本發明的鉑鈷永磁多極環化學成分按重量百分數為：Pt?73-81％，余Co；將純度大于99.99％的Pt、Co置于感應爐中熔煉，待充分熔煉后澆鑄到冷卻定模中，利用冷卻定模沿直徑方向形成的均勻的溫度梯度，使鉑鈷合金鑄錠形成輻射狀的晶體組織結構。

本發明的鉑鈷多級環的制備工藝為：使用真空感應爐熔煉鉑鈷合金，在澆筑定模中形成具有輻射狀的結晶組織；固溶熱處理；使用鹽浴熱處理方式進行二級時效熱處理；加工成環狀磁體。

(1)真空感應爐熔煉：首先設計使用了具有溫度梯度的澆鑄定模(見圖1)，整個定模的主體使用具有良好導熱性的電解銅制備，定模中央是一個圓柱形的坩堝，坩堝的底部使用的是高純度的氧化鋁耐火隔熱材料，在定模內部有一個圍繞坩堝一周的冷水槽。使用時定模中通入冷卻水，將熔煉完畢的鉑鈷鋼液倒入定模的坩堝之中，鋼液冷卻凝固形成具有輻射狀結晶組織的合金鑄錠。

(2)固溶熱處理：然后鉑鈷合金鑄錠在900-1150℃進行2-3小時的固溶熱處理，隨后控制鉑鈷合金的冷卻速度，使合金在此過程中發生最初的無序結構到有序結構的轉變，冷卻速度在5℃/s～50℃/s范圍內，隨著冷卻速度的降低，合金的無序到有序的轉變程度逐漸提高，當冷卻速度大于50℃/s時，合金中就無法形成面心四方結構的有序相，這可以從XRD圖中超結構衍射峰的增強和(200)峰的分裂觀察到(見圖2)。

(3)鹽浴熱處理方式進行二級時效熱處理：采用鹽浴熱處理的方法在660-700℃進行10-20分鐘的時效熱處理，最后再在580-600℃進行0.5-2小時的時效熱處理。

(4)加工成環狀磁體：時效熱處理完畢后，將鉑鈷合金鑄錠加工成尺寸精度到位的鉑鈷永磁環，精磨加工完畢后再在250-300℃熱處理3-5小時以消除機加工過程中產生的應力，可以使合金錠中粒子拉長，矯頑力明顯提高。

后期的充磁方法采用整體一次多極充磁，通過對多極無繞線鐵芯法、單根導線法和磁力線沖擊法等多種充磁方法的研究，采用了對小直徑有序取向磁疇結構的多極永磁環進行充磁的裝置。在磁環的磁化過程中，充磁卡具采用單根導線設計，而磁化電源部分主要采用可控硅并聯電路，構成了瞬時的大電流充磁磁場，實現了鉑鈷磁環內表面多極充磁、外表面多極充磁和內外表面多極充磁。(充磁方式示意圖見圖4-圖6)