铝镍钴合金的磁稳定性研究 (1)

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1、哈尔滨工业大学工学硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景磁性是物质的基本属性之一。对物质的磁性研究是物理学的一个重要领域，也在工业应用方面引起了人们的广泛兴趣[1-5]。磁性材料按应用分类可分为软磁材料、硬磁材料和磁记录材料等[6]。针对不同应用领域及性能要求，各种材料得到不同发展。硬磁材料又称为永磁材料，是人类历史上发现和最早使用的一种磁性材料。磁性材料基本上可分为稀土永磁材料、铁氧体永磁材料和金属永磁材料三大类[7]。三类材料的基本性能如表1-1和表1-2所示。永磁材料的更新换代不但拓宽了其应用领域，而且推动了相关技术和产业的不断发展。目前在医疗器械、电动机、交通运输、航天航空

2、、通讯、仪器仪表等领域，永磁材料已经得到了广泛的应用[8-12]。能够很好的促进国内新兴产业的兴起、高新技术的发展和加快当今社会的进步。表1-1永磁材料的温度性能比较[14]永磁材料居里温度Tc剩磁Br温度系数α矫顽力Hcj温度系数β使用温度(℃)10-2·(℃-1)10-2·(℃-1)(℃)AlNiCo5750~890-0.02-0.03525铁氧体450-0.200.40300SmCo5725-0.04-0.30250Sm2(Co,Cu,Zr)17825-0.035-0.30300NdFeB310-0.126-0.60150表1-2永磁材料的不可逆损失的比较（%）[14]永磁

3、材料-60℃+100℃+200℃+300℃+400℃+500℃AlNiCo5-1.40.40.81.11.7-2.1铁氧体-27.100SmCo500.51.7Sm2(Co,Cu,Zr)1700.51.83.611NdFeB06.565.0永磁材料磁稳定性是评价永磁材料的重要参数。所谓的磁稳定性是指永磁材料充磁后，内外因素影响其磁性能改变的程度。随着使用时间的增加，仪器仪表-1-万方数据哈尔滨工业大学工学硕士学位论文或电机中的永磁材料的磁性能将发生变化，其产生的力矩或感生电流逐渐降低，从而无法继续满足设备所需的精度要求。铝镍钴永磁是金属永磁材料的一种，也是目前温度稳定性最好的一类

4、永磁合金[13]。铝镍钴合金虽然其磁性能低于稀土永磁材料，但它的突出的磁稳定性使其在航天航空等领域的应用依旧不可替代。本课题研究铝镍钴永磁材料的影响磁稳定性的内部因素，使其具备良好的稳定性，揭示磁性能稳定性的作用机理，并在其基础上给出Alnico合金磁稳定性优化工艺。以满足武器装备对高精度仪器仪表高精度，及精度长期稳定性的需要，研究具有重要的理论意义和使用价值。1.1影响铝镍钴合金磁稳定性的因素1.2.1合金成分的影响铝镍钴永磁主要分为AlNi、AlNiCo以及AlNiCoTi三大类。制备方法主要有粉末烧结法和铸造法两种[14]。上世纪三十年代，日本最先发现了AlNi合金永磁体，

5、在其基础上通过添加Co元素来调整成分，改进工艺而发展起来的一类具有优异的温度稳定性的永磁合金。铝镍钴永磁体其主要化学成分包括Fe、Co、Al和Ni等，人们根据合金中Co含量的不同将它们划分成不同系列，其中含Co量越高的合金其序列号也越高，如表1-3所示。表1-3不同序列号的铝镍钴合金的比较[14]AlNiCo5AlNiCo5(柱晶)AlNiCo8AlNiCo标准LNG37LNG52LNGT38LNGT72Br/T1.25~1.31.3~1.40.82~0.91.05~1.10Q/HPMGHc/kA·m-149~5256~64113~135115~120-340~4452~6440

6、~4872~88 (BH)max/KJ·mS.Szymura[15]研究了Mn元素对AlNiCo5永磁合金影响很大，最主要体现在剩磁方面，且Mn含量越高，磁性能越差。AlNiCo5合金中Mn元素的含量越高，合金中将会产生越多的尺寸大于5μm的夹杂物，而且这些夹杂物从同质结构向异质结构（聚合的氧化物和硫化物）转变。SHIMINGHAO等人[16]经过研究表明，铝镍钴合金在从高温降温下来的过程中会发生条幅分解的现象[17]，即α→α1+α2，其中α1是富Fe、Co的强磁相，α2是富Ni、Al的弱磁相。从图1-1中可以看出，在α1相中发现存在富Cu的ε相和富-2-万方数据哈尔滨工业大学

7、工学硕士学位论文Mn的γ相。从图1-2中可以看出，Ti、Cu更倾向存在于α2相中，而Mo则存在于α1相中，这也就是说α2相是由额外的Ti和Cu组成。图1-1900℃退火400h后扩散界面的微观结构[16]a)Fe-5%Al-5%Cu/NiAl;b)Fe-5%Al-5%Mn/NiAl图1-2900℃退火400h后不同体系的元素浓度分布图[16]a)Fe-5%Al-5%Ti/NiAl;b)Fe-5%Al-3%Mo/NiAl;c)Fe-5%Al-5%Cu/NiAl-3-万方数据哈尔滨工