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铝镍钴合金发展概况和技术要点分析
发表于:2020-03-04 17:59:24

  铸造铝镍钴合金是现代最重要的一种永磁材料。由于它具有很高的永磁性能和良好的稳定性,因而在电力、仪表、电子工业和尖端科学技术中获得了广泛应用。据最近施泰布莱因的报导,1969年在美国、日本、西欧永磁材料的生产中,铸造铝镍钴型合金的产量则占了百分之四十五左右。1931年日本的三岛德七创制了由Fe、Ni和Al组成的新型永磁合金。由于制作者提出的成分范围很宽(例如10~14% Ni,5~20%Al等),以后的大量工作便致力于解决这个首要和基本的问题。当时的文章认为,25%Ni,10%Al的合金是最好的,但后来并未得到证实。有些工作指出Al含量应当超过10%。此外,对于实际应用来说,推荐了15~17% Al和23 ~ 27% Ni的合金。较后,经多次实验证实,合金从高温单相区以临界冷却速度(随Al含量的增加而减慢)冷却是最佳的处理工艺。这种处理可以与铸造结合起来,这时仅仅需要凝固后的铸件的冷却速度对其成分来说是最佳的就够了。实验表明:采用固溶体完全过冷(淬火)并随后回火的方法可以使矫顽力有很大提高,但其最大值几乎仍为最佳值之半(这里最佳值是指加热到淬火温度,然后根据合金的成分以一定的速度冷却到室温后得到的数值)。

 


 从1936年开始,为了改善磁性能,研究工作主要是使Fe-Ni-Al三元合金成分和工艺精确化以及它们的补充合金化。1935~1936年美国提出了含添加剂钴的Fe-Ni-AI合金的专利。1936~1937年间研究了低Al (10~12%)高Ni (28~32%)的合金。指出,当Al含量不变时,随Ni含量的增加矫顽力剧烈增加,剩余磁感应强度则下降。在12%Al时含有最高Ni含量(32%)的合金占有特殊的地位,这种合金在低剩余磁感应强度时具有极高的矫顽力,当这种合金于油中淬火和随后回火时得到了同样的性能。美国的专利中在此合金成分的基础上还加入了Ti。1937年,发表了扎依莫夫斯基等人关于一系列元素(合金中的元素以及硅)对Fe-Ni-Al合金性能影响的研究报告。这项工作导致了新型的具有极高矫顽力和对磁铁截面变化敏感性小的含硅铝镍合金的创立。1937年完成李甫舍茨和卡瓦列夫研究的低Al(8~12%)或低Ni(15~21%)组元的工作是Fe-Ni-Al三元合金的进一步发展。这些合金在低矫顽力时(230~270奥斯特)可获得高的剩余磁感应强度(7500~8000高斯)。工作中曾指出,Ni降低了合金的淬透性。也给出了剩余磁感应强度和矫顽力与Ni含量(Al量不变)的定量关系。1937年还发现,加入Cu可以稍稍提高剩余磁感应强度(但比加入Co毕竟要小得多)并使所获得的性能稳定性提高。以后,曾研究了铜、钼、钨、钒和钛的影响。进一步证实了铜可以提高剩余磁感应强度。认为钨、特别是钼的影响是有害的。钒和钛则促使矫顽力和固溶体淬透性的提高。当时认为,碳的影响是有害的,合金中加入达0.1%C时磁能发生最大下降,所以加入碳化物形成元素可以消除碳的有害作用。



   于是,在1938年确定了三元合金(Fe、Ni和Al)的磁性变化的规律性和淬透性与这些合金成分的关系。这时研究了具有实际意义的浓度部分的不同成分的合金。导致了总结所有积累的材料和建立对磁性能和热参数(合金的临界冷却速度和淬火温度)为定值的浓度三角形的想法。一些工作系统地研究了Fe-Ni-Al,Fe-Ni-AI-Co和Fe-Ni-Al-Cu-Co合金(于1941年发表)。扎依莫夫斯基等人的工作曾经分析了在Fe-Ni-AI合金中加入Co的影响。作者们认为,合金的最佳成分为20~22% Ni,9~12%Al,5~10%Co。加入Co和降低Ni和Al的含量在保持高矫顽力时可以使Fe-Ni-Al合金的剩余磁感应强度提高15~20%。一些工作研究了Co和Cu对磁性的影响。用Co和Cu综合合金化的结果,获得了高剩余磁感应强度和高矫顽力的Fe-Ni-Al-Co-Cu五元合金即铝镍钴型合金。随着铝镍钴合金中Co含量的增加,磁能积和剩余磁感应强度值缓慢地、但却是不断地增加。根据资料报道,例如当Co含量从12%增加到24%时会使磁能积和剩余磁感应强度均增加l5%弱。一般认为,在其它元素(Ni,Al和Cu)含量最合适时,24%Co的合金是最佳的。此时,在一般热处理后剩余磁感应强度达8000~8500高斯,磁能积(BH)最大比铝镍合金增加一倍。Co的作用不仅对于获得高磁能值有良好的影响。在高矫顽力分解时,Co还能降低临界冷却速度,改善合金的淬透性。所以对于质量(截面)大的磁铁,若希望获得较好的磁性时,也可以适当地加入钴。但是,钴是一种昂贵而稀缺的金属,所以除某些情况外,采用一般处理的高钴合金在经济上是不适宜的。


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