[发明专利]一种大尺寸定向铝镍钴磁钢的制备方法

说明书

本发明涉及永磁材料领域，公开了一种大尺寸定向铝镍钴磁钢的制备方法，包括：（1）砂模预热；（2）熔炼，获得钢液；（3）双向定向冷却：在砂模两侧用水冷板夹紧进行冷却，将钢液浇铸于砂模中；浇铸完毕后，对砂模表面保温；（4）清砂粗加工，得到毛坯；（5）热处理‑磁化‑回火处理，得到半成品毛坯；（6）精加工，制得大尺寸定向铝镍钴磁钢。本发明采用双向定向冷却工艺，可得到完全取向等轴晶，大大提高制造定向铝镍钴铸件的成功率，突破了铸造定向铝镍钴的尺寸范围极限。本发明通过优化热处理工艺参数，可有效避免磁钢开裂，可进一步提升磁性能。

技术领域

本发明涉及永磁材料领域，尤其涉及一种大尺寸定向铝镍钴磁钢的制备方法。

背景技术

永磁材料的应用十分广泛，如仪器仪表，航空航天以及各种家用电器中广泛存在永磁材料的身影。铝镍钴永磁体作为最早的一代永磁体，相比于其他类型永磁体其磁性能偏低，以至于近年来全球产量逐渐降低。但是，由于其高居里温度，低温度系数的特性以及较低的价格，在当今时代依然有着不可取代的作用。据专家测算，铝镍钴磁体的(BH)_max理论值可以达到30～35MGOe，而铝镍钴磁体问世至今，其性能依然距这一理论值相去甚远。不论是从工艺还是理论上，铝镍钴的开发尚有许多等待解决的问题。

铝镍钴永磁材料主要由6～13％Al、13～28％Ni、0～42％Co、0～10％Ti、2～10％Cu、其余为Fe组成。经高温固溶后冷却过程中分解成具有面心结构的富FeCo磁性相α₁和具有体心结构的NiAl非磁性相α₂。磁性相α₁以单畴微粒子的形式在非磁性相α₂中析出，形成高各向异性的铝镍钴磁体。

众所周知，材料晶体形状对铝镍钴永磁材料的性能起着决定性的作用。为了得到高性能的铸造铝镍钴磁钢，提升铸造铝镍钴磁钢的形状各向异性，使铸件内部形成细长的柱状晶成为了当前的常用方法。传统的柱状晶定向生长方式为浇铸后，对砂模进行周围和顶部五面保温，底部铜板水冷的处理方式。但是，这种定向方式得到的柱状晶长度有限，在大型铸件中往往存在柱状晶生长不完全、柱状晶生长方向偏移、甚至铸件顶部出现等轴晶的情况，大大降低铸件磁性能。因此常规的铝镍钴生产工艺对柱状晶的定向生长控制较难，成品率低。

为了解决这一问题，目前常采用顶部加中频加热线圈或加热包的方法，虽然能对小型铸件的定向起到一定的辅助作用，取得了一定的优化效果。但是，这种处理方法不仅需要在冷却中提供额外的能源，并且对于大型铸件来说难以完全定向的问题依然没有得到有效解决。

另一方面，受生产工艺的影响，大型铸件在热处理期间更容易开裂。因此上述两方面的难题一直阻碍着铝镍钴磁钢的应用与发展。

发明内容

本发明提供了一种大尺寸定向铝镍钴磁钢的制备方法。

本发明的第一个发明目的是为了解决大尺寸铝镍钴磁钢在钢液浇铸后的冷却过程中柱状晶生长不完全、柱状晶生长方向偏移、甚至铸件顶部出现等轴晶从而影响铸件磁性能和成品率的技术问题；对此本发明采用双向定向冷却工艺，即在定向冷却时在两个方向同时加导热水冷板使单向长晶变为双向长晶，可得到完全取向等轴晶，大大提高了制造定向铝镍钴铸件的成功率，突破了铸造定向铝镍钴的尺寸范围极限。该方法简单方便，没有额外能源损耗，产品稳定性好。

本发明的第二个发明目的是为了解决大尺寸铝镍钴磁钢相较于小尺寸铝镍钴磁钢在热处理过程中更易开裂的技术问题；对此本发明通过优化热处理工艺参数，可有效避免磁钢开裂，可进一步提升磁性能。

本发明的具体技术方案为：一种大尺寸定向铝镍钴磁钢的制备方法，包括以下步骤：

(1)砂模预热。

为了防止砂模受到高温钢液的冲击而开裂，同时为了保证晶粒生长方向始终垂直于冷却板，以尽量提高磁钢的磁性能，浇筑前需要对砂模预热处理。