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FeCrCo合金是一类特殊的永磁材料,它区别于其它大多数永磁材料的特点是具有良好的力学性能,可以方便的运用拉、拔、轧、锻、弯等工艺,而磁性能可以与A1nico5合金相媲美。本文主要的研究对象是适用于制备辐射环的高矫顽力型FeCrCo永磁材料,系统的研究了铸造工艺制备的FeCrCo合金的相结构、微观组织及其对矫顽力的影响,通过调整成分设计、摸索制备技术及研发热处理设备,成功的研制出具有9000e以上的高矫顽力型FeCrCo永磁合金。主要研究成果如下:
一、研制了特殊的磁场热处理设备。作为FeCrCo合金最重要的热处理环节,磁场热处理对控温精度和外加磁场强度有很高要求。我们用大功率的电磁铁产生外加磁场,通过控制线圈电流来控制磁场大小;用磁导率最好的FeCo合金作导磁极头,当两极头接近时可获得100000e以上的强磁场;设计了小型电阻丝加热炉,控温精度在±2℃以内。此项工作已获专利。
二、通过尝试多种合金成分得到了一种高矫顽力型FeCrCo合金。实验中应用计算机辅助设计软件设计了十余种具有代表性的合金成分,这些合金成分的特点是Cr、C0的含量较高并且都含有一至三种添加元素。不断改进三步热处理工艺固溶、磁场热处理、分级回火的实验条件(包括温度、磁场强度、冷却速度等要素),初步获得了磁性能为Br=9800Gs,Hc=8400e的高矫顽力型合金Fe-30Cr-25Co 2Mo-1-6Zr。
三、优化了Fe-30Cr-25Co-2Mo-1.6Zr合金的成分和热处理条件,实验表明,参考“材料研究辅助系统”软件设计的十余种成分给出了最佳组合结果:Cr 32%,Co 23%,Mo 3%,Zr 1.6%,Fe余。该合金理想的热处理条件是:于1150℃固溶处理20分钟后淬火;于650℃进行1小时磁场热处理,施加的外磁场大小为70000e;最后按照620℃,0.5h+600℃,1h+580℃,2h+560℃,2h+540℃,4h制度分级回火。合金的磁性能可以达到Br≥9000Gs,Hc≥10000e,(BH)max≥3.5MGOe。并且发现合金矫顽力与力学性能变化趋势相反,添加少许稀土元素后力性稍有改善。应用这种高矫顽力型FeCrCo合金成功研制出了FeCrCo辐射环。
四、用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、穆斯堡尔谱(M ssbauer Spectrum)等分析检测手段研究了高矫顽力型合金Fe-32Cr-23Co-3Mo-1-6Zr的矫顽力机理。透射电镜
显示了合金的调幅结构(α<,1>+α<,2>),它敏感于磁场热处理温度,与普通FeCrCo合金的调幅结构有所不同;X射线衍射结果说明合金的bcc结构在调幅分解中不发生变化,但α<,1>和α<,2>眈两相的晶格常数稍有区别。穆斯堡尔谱清楚的显示了非磁性相α<,2>的产生和磁性相α<,1>的完善,高矫顽力合金比普通FeCrCo具有更大的两相成分差。以上结果表明,FeCrCo磁体的硬磁特性归于自旋取向引起的形状变化的磁相分离,磁相源于Cr与FeCo原子的自旋取向不同。在外磁场的驱动下,形成铁磁性相的富FeCo相及弱磁性富相Cr相;时效处理后,铁磁相自旋重组,从(100)方向向(112)转动,形成调幅结构。
六、分析高矫顽力型合金Fe-32Cr-23Co-3Mo-1.6Zr的矫顽力主要来自以下几方面的贡献:①富FeCo的α<,1>相单畴粒子弥散分布在富Cr的α<,2>相基体上,此机制类似于Alnico;②650℃处理后的合金的粒子具有最大的长径比,也即(N<,α>-N<,c>)取最大值,在M<,s>必基本相等的情况下,矫顽力也取最大值;③α<,1>和α<,2>两相间较大的成分差;④畴壁钉扎作用。
七、用新的思路解释了磁体退磁问题,即完全采用“分子电流”观点而不用“磁荷”观点,认为磁体内部不存在“退磁场”,磁体退磁是因为“分子电流”产生的排斥力导致磁矩偏离磁化方向。