易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材及制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种本发明公开了一种易加工、低成本、大磁致伸缩FeAl合金带材及制备方法，该合金带材的重量百分含量为：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%，余量为Fe。所述合金具有很低价格、易于冷加工、高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小（6.7g/mm3)，抗振动和抗冲击性能良好，在轧制方向及较宽的温度范围内具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，可广泛应用于各种高精度仪器仪表上。
【专利说明】易加工、大磁致伸缩FeAI合金带材及制备方法
[0001]【技术领域】
本发明涉及一种合金，特别涉及一种易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材及制备方法。
[0002]【背景技术】
磁致伸缩材料是具有机械能/电能转换效率高、能量密度大、响应速度高、可靠性好、驱动方式简单等特点，正是这些性能优点引发了传统电子信息系统、传感系统、振动系统等的革命性变化。磁致伸缩材料作为一类智能材料，被广泛应用液位传感器、位移传感器、磁弹性型扭矩传感器、杨氏模量传感器、超精密机械加工、精密测量仪器、照相机快门、精密流量控制、坦克、核潜艇、激光镜、电子显微镜、高速阀和燃料喷射装置、电力传输继电器、以及机器人的机械联动等装置中，在物位精密测量、质量检验、优化控制、工况检测和故障诊断等领域发挥着重要的作用。
[0003]磁致伸缩传感器用的核心敏感材料大多采用磁致伸缩材料。稀土超磁致伸缩材料TbDyFe合金具有巨大的磁致伸缩应变，但其脆性大，不能加工成丝且价格昂贵。Fe-Ga合金的研究正处于起步阶段，其也具有较高的磁致伸缩应变，但其磁致伸缩性能受晶体取向影响较大，且加工难度也较大，难于加工成传感器所需的尺寸很薄的带材，而且该材料价格较高。Fe-Ni或Fe-Co磁致伸缩合金均含很高的钴或镍，而钴或镍的价格在上百元到数百元之间，远远高于铁或铝几元到十元左右的价格；Fe-13Al磁致伸缩合金的Al含量高于10%时，室温脆性很高，难于冷加工成型。
[0004]随着科学技术的发展，磁致伸缩材料仪器仪表的使用范围也越来越宽，因此，迫切需要开发一种既具有低成本、高居里温度、又易于冷加工成薄带的新型磁致伸缩材料，以降低成本，并大大地促进该产业的高速发展。 [0005]
【发明内容】
本发明的目的就是针对现有磁致伸缩材料价格高昂的不足，提供一种易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材及制备方法。所述合金具有很低价格、易于冷加工、高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小(6.7g/mm3)，抗振动和抗冲击性能良好，在轧制方向及较宽的温度范围内具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，可广泛应用于各种高精度仪器仪表上。
[0006]为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案:
易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材，该带材的重量百分含量为:A1:7.0~9.5%, Mn:O ~0.1%, S1:0 ~0.1%，C:≤ 0.02%, S ≤ 0.02%, P ≤ 0.02%，余量为 Fe。
[0007]上述带材较好的技术方是，该合金重量百分含量为:Al:7.5~9.0%，Mn: O~
0.1%, S1:0 ~0.1%，C:≤ 0.02%, S ≤ 0.02%, P ≤ 0.02%，余量为 Fe。
[0008]该合金材料的晶体结构为体心立方结构。
[0009]易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材的制备方法,有下述步骤:
I)熔炼:
按权利要求1或2所述配比取合金的各个组分，在熔化功率80Kw、精炼功率20~30Kw、真空度≤IPa条件下，真空熔炼15~30分钟，1500~1560°C中低温浇注，得到铸锭；2)成坯:
步骤I)所述的铸锭，1180°C保温5小时均匀化热处理，加热至1050~1180°C，热锻成板坯；
3)热轧:
步骤2)所述的板坯在900~1170°C热轧，轧制成板带材；
4)冷轧:
将热轧后的合金坯料室温进行冷轧，压下率为50~70%，经900~1050°C保温I小时中间退火后进行二次冷轧，压下率控制在50~80%，轧制成薄带材；
5)热处理:
步骤4)所述的薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，以40~60°C /h的速度缓慢加热到800~1000±5°C下保温2~3小时，随后以80~120°C /h的速度冷却到720°C ±5°C时，然后以50~70°C /h的速度冷却到200°C ±5°C后出炉，得到易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材。
[0010]本合金的主要性能如下:
1.合金轧制方向的饱和磁致伸缩系数:λS= (60~80) X 10_6/°C，
2.合金电阻率:P=80~100 μ Ω.cm,
3.合金的居里温度:Tc≥650°C。
[0011 ] 本发明合金中C元素要求低于0.02%,高的C含量将会和铁或铝形成化合物析出，从而影响合金的磁性能；此外，S或P作为合金中的有害元素也要严格控制，过高的S1、Mn均会对磁致伸缩性能产生不利影响，控制其各自的含量不大于0.1。本发明所述合金材料为体心立方结构，该结构材料的加工性能虽略逊于面心立方的铁镍合金材料，但由于铝含量不闻(小于10%),因此易于冷加工。
[0012]FeAl合金的居里温度在680°C左右，在居里温度以下，由于磁致伸缩合金一直保持良好的磁致伸缩性能，因而可在较宽温度范围内获得大的饱和磁致伸缩系数。本发明所述合金，解决了传统的磁致伸缩合金的居里温度低的问题，扩大了其使用温度范围。
[0013]制备过程中，通过适当的热处理工艺来调整合金的组织和性能，合金经过缓慢加热处理后可进一步提高饱和磁致伸缩系数，满足高精度仪器仪表的宽温使用要求。
[0014]本发明所述的易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材，不含磁致伸缩材料常用的价格昂贵的稀土金属元素及价Co、Ni等原材料，也基本不含价格昂贵的稀土金属元素，主要合金成分为很低价格的铁和铝，原材料丰富，具有很低的价格的有点。本发明的合金的Al含量低于10%，具有良好的室温塑性，因此易于冷加工。所述带材具有高的居里温度，高的电阻率和硬度，密度较小(6.9g/mm3)，其抗振动和抗冲击性能良好，在轧制方向及较宽的温度范围内具有良好的磁性能和较大的饱和磁致伸缩系数，能够在许多领域取代价格昂贵的稀土超磁致伸缩材料、铁钴及铁镍磁致伸缩材料，广泛应用于各种高精度仪器仪表上。
[0015]本发明所述Mn、S1、Al、Fe均采用纯度≥99.95%的金属原材料。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为易加工、大磁致伸缩FeAl合金二元相图。【具体实施方式】
[0017]实施例1
按照各组分的重量百分含量:A1:7.5%、Mn: 0.1%、S1:0.1%、C:≤0.02%、S≤0.02%、P^0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分。按照以下方法制备本发明所述的易加工、大磁致伸缩FeAl磁致伸缩合金带材:
将上述组分放进真空感应进行熔炼，在熔化功率80Kw、精炼功率20~30Kw、真空度≥IPa条件下，真空熔炼15~30分钟，1500~1560°C中低温浇注，得到铸锭；铸锭1180°C保温5小时均匀化热处理，在柴油炉中加热至1100°C，热锻成的板坯，合金板坯进行900~1170°C热轧，轧制成板带材；板带材带进行二次冷轧，首次轧制在室温下进行冷轧，压下率控制在50~70%，经900~1050°C保温I小时中间退火后进行二次冷轧，压下率控制在50~80%,轧制成0.1~0.6mm以下的薄带材。
将薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，以40-60°C /h的速度缓慢加热到800~1000±5°C下保温2~3小时，随后以80-120°C /h的速度冷却到720°C ±5°C时，然后以50-70 V /h的速度冷却到200°C ± 5°C后出炉，得到具有体心立方结构(参见图1)的易加工、大磁致伸缩FeAl磁致伸缩合金带材，用于装备各种磁致伸缩传感器。
[0018]将实施例1所得带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明:合金轧制方向的饱和磁致伸缩系数λ s=63X 10_6/°C，合金电阻率:P =86 μ Ω.cm,合金的居里温度:Tc=70(TC。
[0019]实施例2
按照各组分的重量百分含量:A1:8.2%、Mn: 0.1%、S1:。.03%、C: ( 0.02%、S ≤ 0.02%、P^0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分。合金的制备同实施例1。
[0020]取实施例2得到的带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明:合金轧制方向的饱和磁致伸缩系数λ s=70X10_7°C，合金电阻率:P =90μ Ω.Cm,合金的居里温度:Tc=680°Co
[0021]实施例3
按照各组分的重量百分含量:A1:9.3%、Mn: 0.04%、S1:。.1%、C: ( 0.02%、S ≤ 0.02%、P^0.02%，余量为Fe，取本发明所述合金的各组分。合金的制备同实施例1。
[0022]取实施例3得到的带材，做磁性测试及电性能测试试验，测试结果表明:合金轧制方向的饱和磁致伸缩系数λ S=62X10_7°C，合金电阻率:P =94μ Ω.cm,合金的居里温度:Tc=670°Co
【权利要求】
1.一种易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材，其特征在于:该合金带材的重量百分含量为:
Al: 7.0 ~9.5%,
Mn: O ~0.1%,
S1:0 ~0.1%,
C:≤ 0.02%,
S ≤ 0.02%,
P ≤ 0.02% 余量为Fe。
2.根据权利要求1所述的带材，其特征在于:该合金带材重量百分含量为:
Al: 7.5 ~9.0%,
Mn: O ~0.1%,
S1:0 ~0.1%,
C:≤ 0.02%,
S ≤ 0.02%,
P ≤ 0.02% 余量为Fe。
3.根据权利要求1或2所述的带材，其特征在于:该合金材料的晶体结构为体心立方结构。
4.易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材的制备方法,其特征在于,有下述步骤: 1)熔炼: 按权利要求1或2所述配比取合金的各个组分，在熔化功率80Kw、精炼功率20~30Kw、真空度≤IPa条件下，真空熔炼15~30分钟，1500~1560°C中低温浇注，得到铸锭； 2)成坯: 步骤I)所述的铸锭，1180°C保温5小时均匀化热处理，加热至1050~1180°C，热锻成板坯； 3)热轧: 步骤2)所述的板坯在900~1170°C热轧，轧制成板带材； 4)冷轧: 将热轧后的板带材在室温进行冷轧，压下率为50~70%，经900~1050°C保温I小时中间退火后进行二次冷轧，压下率控制在50~80%，轧制成薄带材； 5)热处理: 步骤4)所述的薄带材置于氢气保护炉或真空炉中，以40~60°C /h的速度缓慢加热到800~1000±5°C下保温2~3小时，随后以80~120°C /h的速度冷却到720°C ±5°C时，然后以50~70°C /h的速度冷却到200°C ±5°C后出炉，得到易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材。
【文档编号】C22C38/06GK104018061SQ201410258480
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2014年6月12日 优先权日:2014年6月12日
【发明者】王宏, 张登友, 高学绪, 张十庆, 杨百炼, 邹兴政, 刘洋, 郭卫民, 唐龙, 李方, 唐锐, 王东哲, 刘庆宾 申请人:重庆材料研究院有限公司