[发明专利]一种掺杂型铁磁合金、铁磁合金丝防冰材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种掺杂型铁磁合金，包括铁镍铬基体以及掺杂于铁镍铬基体中的稀土元素RE和非金属元素M；所述稀土元素RE的含量为4‑20wt％，所述非金属元素M的含量为0.1‑5wt％，所述镍的含量为5‑30wt％，所述铬的含量为1‑4wt％，余量为铁。本发明还公开了一种用于融覆冰的掺杂型铁磁合金丝防冰材料，及其制备方法。本发明中通过稀土元素和非金属共掺杂来使掺杂型铁磁合金的居里温度为近零度(273±10K)附近，材料具有低居里温度，高的饱和磁化强度和良好的变形能力，具有高的发热值和优良的融覆冰效果，有效防止输电线路的导线覆冰。

技术领域

本发明属于磁性材料领域，尤其涉及一种铁磁合金、铁磁合金丝防冰材料及其制备方法。

背景技术

输电线路覆冰是电力系统的严重自然灾害之一，导线严重覆冰时会引起断线、断股、倒杆(塔)等事故，造成大面积长时间中断供电，全国每年因覆冰引起输电线路故障造成直接经济损失巨大。为了解决输电线路的融覆冰问题，人们开发了多种融冰方法，包括缠绕电热丝融冰、利用钢芯铝绞线中的高阻值钢芯发热融冰、增设专门的绝缘线芯发热融冰、过电流融冰、短路电流融冰和机械融冰等。例如，专利201610588475.6中报道了一种交流输电系统直流融冰装置；专利201711246447.7中开发了一种机场用自融冰电缆；专利201610249012.7中报道了一种高压电力线路导线自发热融冰方法及装置。

将低居里点铁磁材料做成导线防冰器件，促使冰层熔化是解决上述问题的一种优异的方法。由于输电线路的交变电流会产生一个交变磁场，该磁场使铁磁材料磁化，铁磁材料在居里温度以下时为铁磁性，在居里温度以上时为顺磁性。如果调整材料的居里温度在零度附近，那么当环境温度低于居里点时，铁磁材料具有强的铁磁性，产生高的磁感应强度、大的磁滞损耗和涡流损耗，从而放出剧烈热量，促使表面的冰层熔化，达到融冰的效果，保护线路安全。基于此，有研究者开发出了电力融冰用一种铁镍合金低居里温度铁磁材料，该材料的组成为：35％-45％的镍(Ni)、2％-5％的铬(Cr)及0.5％-2.0％的硅(Si)，其余为铁(Fe)。但是目前研制出来的低居里点铁磁合金的居里温度：一般是60℃-80℃，离理想居里点0℃还有很大差距，并且上述材料的加工性能欠佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种居里温度为近零度(273±10K)附近、加工性能好、高发热量的掺杂型铁磁合金、铁磁合金丝防冰材料及其制备方法。为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种掺杂型铁磁合金，包括铁镍铬基体以及掺杂于铁镍铬基体中的稀土元素RE和非金属元素M；所述稀土元素RE处于FeNiCr晶格的正常格点位置，所述非金属元素M处于FeNiCr晶格的间隙位置；所述稀土元素RE的含量为4-20wt％，所述非金属元素M的含量为0.1-5wt％，所述镍的含量为5-30wt％，所述铬的含量为1-4wt％，余量为铁。

上述掺杂型铁磁合金中，优选的，所述稀土元素RE包括镧、铈、镨、钕、钐中的一种或多种，所述非金属元素M包括硼、碳、氮、硅和磷中的一种或多种。

本发明中，稀土元素RE处于FeNiCr晶格的正常格点位置，且为轻稀土元素，其能够与FeNiCr基体形成置换式固溶体；非金属元素M为原子半径较小的元素，在合金中处于FeNiCr晶格的间隙位置，掺入稀土元素(RE)和非金属元素(M)的作用在于降低FeNiCr基体的居里温度至273±10K。

上述掺杂型铁磁合金中，优选的，所述稀土元素的含量为5-15wt％，所述非金属元素的含量为0.4-4wt％，所述镍的含量为10-25wt％。更优选的，所述稀土元素的含量为5-12wt％，所述非金属元素的含量为1-3wt％，所述镍的含量为12-20wt％。

作为一个总的技术构思，本发明还提供一种用于融覆冰的掺杂型铁磁合金丝防冰材料，上述掺杂型铁磁合金丝防冰材料由上述的掺杂型铁磁合金加工而成，所述掺杂型铁磁合金丝防冰材料的居里温度为273±10K。