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LNGT88J永磁合金工艺研究
鄂志英 于玉林
（北京北冶功效材料，北京100085）
摘 要 介绍了LNGT88J合金冶炼工艺、添加元素及反应时间对柱晶生长及磁性能影响。圆形样品经过最好磁场等温处理及分级回火后磁性能达成：Br=1 117 mT；Hc=137 kA/m；(BH)max=101 kJ/m3。
关健词 LNGT88J，柱晶，磁性能
The Research on the Technics of LNGT88J Permanent Magnetic Alloy
E Zhiying, YU Yulin
（Beijing Beiye Functional Materials Limited Company，Beijing 100192）
ABSTRACT This paper introduces the effect of meltng trchnics，add reaction time on the growth of columnar crystal and magnetic properties of LNGT88J permanent magnetic..alloy..The magnetic properties of cylinder samples after optimum isothermal heat treatment in magnetic field as well as step-tempering can reach: Br=1 117 mT, Hc=137 kA/m ,(BH)max=101 kJ/m3.
KEY WORDS LNGT88J，columnar-crystal，magnetic properties
序言
铸造柱晶AlNiCo合金已广泛应用于通信、电子及多种仪器仪表工业中。伴随中国科学技术事业不停发展和现代化优异技术、设备大量使用，对铸造AlNiCo合金提出了向高矫顽力，高磁能化方向发展要求。其指标以下：
Br≥1 100 mT、Hc≥128 kA/m、(BH)max≥88 kJ/m3。本文关键研究冶炼工艺、添加元素S和C对高钴、高钛合金柱晶形成及对磁性能影响。
1 试验方法
将特定化学成份合金料经60 kW高频感应炉熔炼完成后，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，精加工成Ф10±0.05×60±0.1试样，用NIMF永磁性能标准检测系统，测试永磁性能参数。
2 试验结果和讨论
2.1 合金基础成份确实定
经过试验，确定一个含Nb成份合金供研究，化学成份如表1所表示:
表1 合金配入化学成份（质量分数，%）
Table 1 Chemicl compositionsof LNGT88J alloy（mass fraction。%）
Al
Ni
Co
Cu
Ti
Nb
S
C
Si-Cu
Fe
6.0/8.0
13.0/15.0
37/40
3.0
6/8
1.0
0.2/0.4
≤0.1
0.3
余

经过初步研究合金取得了如表2所表示磁性能。
表2 合金磁性能
Table 2 Magnetic properties of LNGT88J alloy
Br（mT）
Hc（kA/m）
(BH)max(kJ/m3)
11.13
134.48
99.53
2.2 添加元素对合金柱晶影响
冶炼工艺过程中添加微量元素次序、时机（温度）及反应时间、加Al后搅拌时间及出钢温度,其它辅助方法应用及操作等全部会对柱晶形成和发展产生一定影响。改变<1>其中一个原因也可能被其它改变着原因影响所掩盖。所以必需制订科学合理可控制冶炼工艺才能取得发达柱晶。
镰田、安保<2>对含量为5～9%TiAlNiCo系合金S和C复合加入对柱晶生长影响进行了研究，并获取了良好柱晶。另据报导<3>，Nb有促进柱晶生长，增大晶粒尺寸作用，所以对提升合金磁性能是有利。采取复合加入法,在加Al前向合金中加入S+C=0.4%～0.5%，上述成份合金柱晶长度长到了80 mm以上。
2.3 冶炼工艺对柱晶生长影响
冶炼炉采取60 kW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1 650 ℃时加入FeS（FeS中含31%S，0.25%C）。升温至约1 700 ℃时同时加入Si-Ca粉和C粉。反应0～60 s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定向砂模中(定向模模温大于等于1 400 ℃，结晶器内水压1 MPa)。快速盖上已加热到1 100 ℃以上保温帽，并向定向模盖上加入500 g～1 000 g左右钛白粉-铝粉混合而成高温发烧剂。30 min～40 min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。1 The picture of columnar crystal
2.3.1 S加入时机对柱晶成长影响
S以FeS形式加入。FeS在炉料熔清后或在加入Al前加入对柱晶生长影响不十分显著。
2.3.2 C粉、Si-Ca粉混合加入时反应时间对柱晶生长影响
C粉、Si-Ca粉在加Al前混合加入，在钢液中反应时间对柱晶形成及发展影响十分显著。反应时间在0≤X≤60 s内时所取得柱晶最好。柱晶长得不仅直而粗大，且柱晶长度可达成100 mm以上。
2.3.3 出钢前加料次序及搅拌时间对柱晶生长影响
出钢前加Ti、Nb、Al次序及搅拌时间对柱晶生长质量全部有十分显著影响。出钢前加入Ti、Nb、Al次序，应以尽可能降低合金元素烧损为准则。搅拌时间应尽可能短，不然Al、Ti等元素烧损严重仍得不到良好柱晶。
2.3.4 出钢温度对柱晶生长影响
出钢温度对柱晶影响是显著。温度低于1 650 ℃时得不到直而粗大柱晶，温度高于1 800 ℃时或搅拌时间过长，Al、Ti等元素将严重烧损，得不到良好柱晶且样品断面已成暗灰色。
经过较长时间研究和对比试验我们发觉，含铌高钴、高钛合金要想取得直而发达柱晶最少有下列五个原因是不可忽略：
(a)定向模烧结温度必需控制在1 400 ℃周围。模温过低得不到直而粗大柱晶。模温过高易产生砂模软化变形；
(b)保温帽加热温度应控制在大于1 100 ℃；
(c)所添加微量元素Si-Ca粉、C粉加入时机(温度)及反应时间必需严格控制；
(d)最终加入Ti，Nb，Al次序、搅拌时间及出钢温度，三个原因全部必需严格控制；
(e)所加入高温发烧剂发烧能力和发烧剂配比相关，提议使用钛白粉:铝粉=8:2,另加入0.1%～0.3%硝酸钠。
2.4 添加元素对永磁性能影响
2.4.1 合金中 S和C残余含量及烧损量对合金磁性影响
合金在冶炼过程中复合加入S和C，比S单独加入含有更低N2，O2含量，更关键是S、C复合加入钢液中，S促进TiCN，TiC夹杂物在保持时间内分解或达不到影响柱晶成长量，并形成低熔点TiS夹杂，所以对柱晶形成和发展起着十分关键作用。
(1) 从图二不难看出，矫顽力随残余S含量提升而呈下降趋势，剩磁和最大磁能积随残余S含量提升而增加，大约残余S含量在0.12%～0.16%之间达成最大值，随即呈下降趋势。
(2) 从图三能够看出矫顽力随残余C含量提升而呈下降趋势，剩磁和最大磁能积随残余C含量提升而增加，大约残余C含量在0.02%～0.03%范围内达成最大值，随即呈下降趋势。
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、高钛合金可取得直而粗大柱晶及最好综合永磁性能，其磁性指标可达成Br≥1 100 mT、Hc≥128 kA/m、(BH)max≥88 kJ/m3,如表3和表4所表示：

表3 S烧损量对合金磁性影响
Table 3 Effect of S reduction on magnetic properties
序 号
配入量%
分析量%
烧损量%
Br(mT)
Hc(KA/m)
(BH)max(KJ/m3)
1
0.37
0.10
72.98
1117.00
137.52
99.51
2
0.37
0.11
70.28
1100.50
136.80
101.64
3
0.37
0.12
67.57
1106.00
134.48
99.77
4
0.37
0.14
62.17
1112.00
133.56
101.53
5
0.37
0.15
59.46
1118.00
133.01
100.78
6
0.37
0.16
56.76
1118.67
132.93
100.80
7
0.37
0.18
51.36
1098.25
134.50
94.02
8
0.37
0.22
40.55
1099.00
133.96
92.39

表4 C烧损量对合金磁性影响
Table 4 Effect of C rductionon magnetic properties
序 号
配入量%
分析量%
烧损量%
Br(mT)
Hc(KA/m)
(BH)max(KJ/m3)
1
0.06
0.01
83.34
1115.00
134.52
98.14
2
0.06
0.02
66.67
1112.50
133.60
98.80
3
0.06
0.03
50.00
1115.80
133.25
101.36
4
0.06
0.04
33.34
1096.70
132.16
95.52

2.4.2 合金中S+C残余总量对合金磁性能影响
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影响进行了研究。
图四所表示，剩磁和最大磁能积随S+C残余总量提升而增加，而矫顽力在128 kA～136 kA/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成最大值，随即呈下降趋势。
2.4.3 Nb含量对磁性影响
图五所表示，最大磁能积及矫顽力随Nb含量提升而增加，当Nb大于0.7%时矫顽力达成128 kA/m以上。而剩磁随Nb含量提升呈缓慢下降趋势。
研究中发觉，合金中Fe+Co总含量、Co/Al+Ti比值、Al+Ti总含量、S+C残余总量全部对合金柱晶及磁性能有着显著影响。各元素综合作用对合金磁性影响如表5所表示。

表5 合金各元素综合作用对合金磁性影响
Table 5 Effect of alloy elements on magnetic properties
样品号
Ni
Cu
Nb
S+C
Fe+Co
Co/Al+Ti
Al+Ti
Br(mT)
Hc(KA/m)
(BH)max
(KJ/m3)
EYJ-4
12.8
3.04
1.10
0.14
69.86
2.85
12.91
1104
134
100
EYJ-5
12.7
3.02
1.12
0.17
69.50
2.86
12.96
1128
128
99.4
EYJ-6
12.7
2.93
1.04
0.17
69.93
2.84
12.93
1124
130
101
EYJ-10
12.7
3.05
1.10
0.18
69.39
2.78
13.24
1139
129
104
EYJ-12
12.7
3.03
1.06
0.18
70.08
2.92
12.65
1127
132
103
EYJ-15
12.6
3.02
1.12
0.17
69.79
2.85
13.01
1101
135
100
EYJ-16
12.7
3.04
1.11
0.14
70.13
2.93
12.58
1111
133
100
3 结论
(1)采取S、C复合加入法，在加入S+C=0.3%～0.5%时，在加Al前加入合金中，在特定条件下能够取得良好柱晶。
(2)S以FeS形式，在炉料熔清后或在加入Al前加入对柱晶生长影响不十分显著。
(3)C粉、Si-Cu粉混合加入时，在钢液中反应时间在X秒时（0≤X≤60）所取得柱晶最好。
(4)出钢前加入Ti、Nb、Al次序、搅拌时间、出钢温度对柱晶生长全部有显著影响。
(5)S和C烧损量分别达成50%以上，残余含量分别在0.1%～0.16% S，0.02%～0.03% C和S+C残余总量0.16%～0.20%时可取得最好综合永磁性能。
(6)Nb对高Co、高Ti合金磁性能影响是显著，Nb有促进柱晶成长作用和促进晶粒粗大化作用。
(7)含Nb高钴和高钛ALNiCo柱晶合金磁性能指标可保持在Br=
1 100～1 140 mT；Hc=128 kA～136 kA/m；(BH)max=88 kJ/m3～103 kJ/m3范围内。
参考文件
[1]冶炼工艺对AlNiCo系合金柱晶影响.冶金系统第一届精密合金生产工艺经验交流会资料汇编.北京冶金试验厂, 195
[2]镰田. 高保磁力含Tiァルニユ磁石合金の柱晶化にぉよぽす，S.C の复合添加の影响ならびに二、三合金の磁性.保安《日本金属学会志》，1967，30(9)：1053-1057
[3]史凤志. Nb对AlNiCo合金影响.北冶研试通讯， 1974,2(4):243-250

作者：鄂志英 于玉林 62949547