[發(fā)明專利]磁硬化FeGa合金及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410040802.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN103805839A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國成;張兆先
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京麥吉?jiǎng)P科技有限公司
• 主分類號(hào): C22C38/04
• 分類號(hào): C22C38/04;C22C33/04;H01L41/20;H01L41/47
• 代理公司: 北京市卓華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11299
• 代理人: 周瑞艷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種磁硬化FeGa合金及其制備方法，更具體地說，是涉及兼具磁致伸縮特性和矩磁特性的FeGa合金以及能夠生產(chǎn)該種合金的制備方法，該技術(shù)可應(yīng)用于電力設(shè)備高壓斷路器的磁操作機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

永磁材料是一類重要的功能材料，簡(jiǎn)單的說永磁材料是一經(jīng)磁化即能保持恒定磁性的材料。目前在工業(yè)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)廣泛應(yīng)用的永磁材料有四大類:（1）鑄造Al-Ni系和Al-Ni-Co系永磁材料，簡(jiǎn)稱鑄造永磁材料；（2）鐵氧體永磁材料；（3）稀土永磁材料；（4）其它永磁材料。

近年國內(nèi)外眾多廠家相繼推出永磁機(jī)構(gòu)斷路器，其動(dòng)作過程簡(jiǎn)單，機(jī)構(gòu)零件比彈簧機(jī)構(gòu)減少80%以上，大大降低了斷路器的機(jī)械故障率，基本可達(dá)到免維護(hù)。但是以釹鐵硼合金為永磁體的機(jī)構(gòu)存在合分閘電流高、高溫易失效、退磁率高等問題。

隨著電子技術(shù)向小型化、多功能方向發(fā)展，開發(fā)多功能復(fù)合的磁性材料十分重要。FeGa合金是在2000年由美國Clark等人開發(fā)出的新型磁致伸縮材料（Clark?A?E,?RestorffJ?B,?Wun-Fogle?M,?et?al.?Magnetostrictive?properties?of?body-centered?cubic?Fe-Ga?and?Fe-Ga-Al?alloys.?IEEE?Transactions?on?Magnetics,?2000,?36(5):3238-3240）。相比于傳統(tǒng)的FeNi磁致伸縮合金和巨磁致伸縮材料Terfenol-D來說，F(xiàn)eGa合金兼有成本低、力學(xué)性能好、低場(chǎng)大應(yīng)變等特征，成為磁致伸縮領(lǐng)域被關(guān)注的重點(diǎn)。如果能將FeGa合金的低場(chǎng)大磁致伸縮、高居里溫度和高響應(yīng)頻率用在高壓開關(guān)的磁路機(jī)構(gòu)中將會(huì)明顯降低分合閘電流(更節(jié)能)、高溫不失效(更可靠)，應(yīng)用前提是找到FeGa合金的磁硬化途徑。

現(xiàn)有的FeGa磁致伸縮合金無矩磁特性，目前的各種元素添加只是為了提高FeGa合金磁致伸縮性能或改善FeGa合金的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種兼具磁致伸縮性能和矩磁性質(zhì)的磁性合金以及制備這種合金的工藝方法，使相應(yīng)的新型復(fù)合材料適合用于高壓開關(guān)操作機(jī)構(gòu)磁路中，以降低分合閘電流和保持高溫下工作可靠。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種磁硬化FeGa合金，其中加入了Mn、C元素。

所述磁硬化FeGa合金中各元素及其所占的質(zhì)量百分比為：

Ga：0.1～22.65wt%，C：0.40～0.50wt%，Mn：0.50～1.0wt%，F(xiàn)e：余量。

作為進(jìn)一步的優(yōu)選配比，所述的磁硬化FeGa合金中各元素及其所占的質(zhì)量百分比可以是：

（1）Ga：1.00～10.00wt%，C：0.40～0.50wt%，Mn：0.50～0.80wt%，F(xiàn)e：余量；（2）Ga：3.00～8.00wt%，C：0.40～0.50wt%，Mn：0.55～0.75wt%，F(xiàn)e：余量；或（3）Ga：11.75～22.65wt%，C：0.40～0.50wt%，Mn：0.80～1.0wt%，F(xiàn)e：余量。

所述磁硬化FeGa合金的矯頑力Hc可達(dá)5～30kA/m，具有Z型磁化曲線，室溫磁致伸縮系數(shù)可達(dá)20～300×10^-6。

一種磁硬化FeGa合金的制備方法，包括如下步驟：

（1）???冶煉和鑄造：對(duì)Ga、C、Mn和Fe原料進(jìn)行真空感應(yīng)熔煉，定向鑄造成FeGa合金坯料，合金組分中上述各元素的質(zhì)量百分比分別為：Ga：0.1～22.65wt%，C：0.40～0.50wt%，Mn：0.50～1.0wt%，F(xiàn)e：余量；

（2）???退火：對(duì)所述FeGa合金坯料在真空熱處理爐中以80～90℃/小時(shí)的速度升溫至1050～1100℃保溫8～10小時(shí)，隨爐冷卻至300℃出爐;

（3）???超導(dǎo)充磁：將退火后的所述FeGa合金坯料在超導(dǎo)永磁體中反復(fù)充磁。

所述步驟（3）中充磁次數(shù)可以為3-5次，超導(dǎo)永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度優(yōu)選為4-8T。

在進(jìn)行所述步驟（1）、（2）時(shí)，優(yōu)選調(diào)節(jié)真空度到2×10^-3Pa～4×10^-3Pa，再通入惰性氣體作為保護(hù)氣體。保護(hù)氣體壓力優(yōu)選為（4～5）×10⁴Pa。