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1、LNGT88J永磁合金工艺研究鄂志英于玉林（北京北冶功能材料有限公司，北京100085）摘要介绍了LNGT88J合金的冶炼工艺、添加元素及反应时间对柱晶生长及磁性能的影响。圆形样品经过最佳磁场等温处理及分级回火后磁性能达到：Br=1117mT；Hc=137kA/m；(BH)max=101kJ/m3。关健词LNGT88J，柱晶，磁性能TheResearchontheTechnicsofLNGT88JPermanentMagneticAlloyEZhiying,YUYulin（BeijingBeiyeFunctionalMaterialsLimitedCompany，Beijing100192）A
2、BSTRACTThispaperintroducestheeffectofmeltngtrchnics，addreactiontimeonthegrowthofcolumnarcrystalandmagneticpropertiesofLNGT88Jpermanentmagnetic.alloy.Themagneticpropertiesofcylindersamplesafteroptimumisothermalheattreatmentinmagneticfieldaswellasstep-temperingcanreach:Br=1117mT,Hc=137kA/m,(BH)max=101
3、kJ/m3.KEYWORDSLNGT88J，columnar-crystal，magneticproperties前言铸造柱晶AlNiCo合金已广泛的应用于通信、电子及各种仪器仪表工业中。随着我国科学技术事业的不断发展和现代化先进技术、设备的大量使用，对铸造AlNiCo合金提出了向高矫顽力，高磁能化方向发展的要求。其指标如下：Br1100mT、Hc128kA/m、(BH)max88kJ/m3。本文重点研究冶炼工艺、添加元素S和C对高钴、高钛合金柱晶形成及对磁性能的影响。1实验方法将特定化学成分的合金料经60kW高频感应炉熔炼完毕后，钢液立即注入定向模中，进行定向结晶。合金试样经加工、热处理后，
4、精加工成100.05600.1的试样，用NIM2000F永磁性能标准检测系统，测试永磁性能参数。2实验结果与讨论2.1合金基本成分的确定经过实验，确定一种含Nb成分的合金供研究，化学成分如表1所示:表1合金的配入化学成分（质量分数，%）Table1ChemiclcompositionsofLNGT88Jalloy（massfraction。%）AlNiCoCuTiNbSCSi-CuFe6.0/8.013.0/15.037/403.06/81.00.2/0.40.10.3余经过初步研究合金获得了如表2所示的磁性能。表2合金的磁性能Table2MagneticpropertiesofLNGT88J
5、alloyBr（mT）Hc（kA/m）(BH)max(kJ/m3)11.13134.4899.532.2添加元素对合金柱晶的影响冶炼工艺过程中添加微量元素的顺序、时机（温度）及反应时间、加Al后的搅拌时间及出钢温度,其他辅助措施的应用及操作等都会对柱晶的形成与发展产生一定的影响。改变其中一个因素也可能被其他变化着的因素的影响所掩盖。因此必须制定科学合理可控制的冶炼工艺才能获得发达的柱晶。镰田、安保对含量为59%Ti的AlNiCo系合金S和C复合加入对柱晶生长的影响进行了研究，并获取了良好的柱晶。另据报导，Nb有促进柱晶生长，增大晶粒尺寸的作用，因而对提高合金磁性能是有利的。采用复合加入法,在加
6、Al前向合金中加入S+C=0.4%0.5%，上述成分的合金柱晶长度长到了80mm以上。2.3冶炼工艺对柱晶生长的影响冶炼炉采用60kW高频感应炉进行。Co，Fe，Ni，Cu混装入炉，以最大功率快速熔化炉料，炉料熔清后升温至1650时加入FeS（FeS中含31%S，0.25%C）。升温至约1700时同时加入Si-Ca粉和C粉。反应060s后加入Ti，Nb，Al并快速搅拌均匀，立即把钢水注入放在铜质水冷结晶器上的定向砂模中(定向模模温大于等于1400，结晶器内水压1MPa)。快速盖上已加热到1100以上的保温帽，并向定向模盖上加入500g1000g左右的钛白粉-铝粉混合而成的高温发热剂。30min
7、40min后从铜质水冷结晶器上取下定向砂模。产品冷却到室温后，观察柱晶生长情况。图一柱晶图片Fig。1Thepictureofcolumnarcrystal2.3.1S加入时机对柱晶成长的影响S以FeS的形式加入。FeS在炉料熔清后或在加入Al前加入对柱晶生长的影响不十分明显。2.3.2C粉、Si-Ca粉混合加入时反应时间对柱晶生长的影响C粉、Si-Ca粉在加Al前混合加入，在钢液中的反应时间对柱晶形成及发展影响十分显著。反应时间在0X60s内时所获得的柱晶最好。柱晶长得不但直而粗大，且柱晶长度可达到100mm以上。2.3.3出钢前加料顺序及搅拌时间对柱晶生长的影响出钢前加Ti、Nb、Al的顺
8、序及搅拌时间对柱晶生长质量都有十分明显的影响。出钢前加入Ti、Nb、Al的顺序，应以尽量减少合金元素的烧损为准则。搅拌时间应尽量短，否则Al、Ti等元素烧损严重仍得不到良好的柱晶。2.3.4出钢温度对柱晶生长的影响出钢温度对柱晶的影响是显著的。温度低于1650时得不到直而粗大的柱晶，温度高于1800时或搅拌时间过长，Al、Ti等元素将严重烧损，得不到良好的柱晶且样品断面已成暗灰色。经过较长时间的研究与对比实验我们发现，含铌高钴、高钛合金要想获得直而发达的柱晶至少有下列五个因素是不可忽视的：(a)定向模的烧结温度必须控制在1400附近。模温过低得不到直而粗大的柱晶。模温过高易产生砂模软化变形；(
9、b)保温帽加热温度应控制在大于1100；(c)所添加的微量元素Si-Ca粉、C粉的加入时机(温度)及反应时间必须严格控制；(d)最后加入Ti，Nb，Al的顺序、搅拌时间及出钢温度，三个因素都必须严格控制；(e)所加入的高温发热剂的发热能力与发热剂的配比有关，建议使用钛白粉:铝粉=8:2,另加入0.1%0.3%的硝酸钠。2.4添加元素对永磁性能的影响2.4.1合金中S和C残余含量及烧损量对合金磁性的影响合金在冶炼过程中复合加入S和C，比S单独加入具有更低的N2，O2含量，更关键的是S、C复合加入钢液中，S促使TiCN，TiC夹杂物在保持时间内分解或达不到影响柱晶成长的量，并形成低熔点TiS夹杂，
10、因而对柱晶的形成与发展起着十分重要作用。(1)从图二不难看出，矫顽力随残余S含量的提高而呈下降趋势，剩磁和最大磁能积随残余S含量的提高而增加，大约残余S含量在0.12%0.16%之间达到最大值，随后呈下降趋势。(2)从图三可以看出矫顽力随残余C含量的提高而呈下降趋势，剩磁和最大磁能积随残余C含量的提高而增加，大约残余C含量在0.02%0.03%范围内达到最大值，随后呈下降趋势。严究结果表明，微量元素S和C烧损量分别在大于等于50%以上时，高钴、高钛合金可获得直而粗大的柱晶及最佳的综合永磁性能，其磁性指标可达到Br1100mT、Hc128kA/m、(BH)max88kJ/m3,如表3和表4所示：
11、表3S烧损量对合金磁性的影响Table3EffectofSreductiononmagneticproperties序号配入量%分析量%烧损量%Br(mT)Hc(KA/m)(BH)max(KJ/m3)10.370.1072.981117.00137.5299.5120.370.1170.281100.50136.80101.6430.370.1267.571106.00134.4899.7740.370.1462.171112.00133.56101.5350.370.1559.461118.00133.01100.7860.370.1656.761118.67132.93100.8070.3
12、70.1851.361098.25134.5094.0280.370.2240.551099.00133.9692.39表4C烧损量对合金磁性的影响Table4EffectofCrductiononmagneticproperties序号配入量%分析量%烧损量%Br(mT)Hc(KA/m)(BH)max(KJ/m3)10.060.0183.341115.00134.5298.1420.060.0266.671112.50133.6098.8030.060.0350.001115.80133.25101.3640.060.0433.341096.70132.1695.522.4.2合金中S+C残
13、余总量对合金磁性能的影响作者在0.01%0.04%C,0.1%0.22%S之间对合金中S+C残余总量对合金磁性能的影响进行了研究。如图四所示，剩磁和最大磁能积随S+C残余总量的提高而增加，而矫顽力在128kA136kA/m范围内波动。大约S+C残余总量在0.15%0.20%范围内，剩磁和最大磁能积达到最大值，随后呈下降的趋势。2.4.3Nb含量对磁性的影响如图五所示，最大磁能积及矫顽力随Nb含量的提高而增加，当Nb大于0.7%时矫顽力达到128kA/m以上。而剩磁随Nb含量的提高呈缓慢下降的趋势。研究中发现，合金中Fe+Co总含量、Co/Al+Ti比值、Al+Ti总含量、S+C残余总量都对合金
14、柱晶及磁性能有着明显影响。各元素综合作用对合金磁性的影响如表5所示。表5合金各元素综合作用对合金磁性的影响Table5Effectofalloyelementsonmagneticproperties样品号NiCuNbS+CFe+CoCo/Al+TiAl+TiBr(mT)Hc(KA/m)(BH)max(KJ/m3)EYJ-412.83.041.100.1469.862.8512.911104134100EYJ-512.73.021.120.1769.502.8612.96112812899.4EYJ-612.72.931.040.1769.932.8412.931124130101EYJ-1012.73.051.100.1869.392.7813.241139129104EYJ-1212.73.031.060.1870.082.9212.651127132103EYJ-1512.63.021.120.1769.792.8513.011101135100EYJ-1612.73.041.110.1470.132.9312.5811111331003结论(1)采用S、C复合加入法，在
