CN101236813A - 高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法。包括如下步骤：1)采用纯度大于99.9wt％的Fe、Al、Si、Co为原料，放入中频真空感应炉中熔炼，得到母合金；2)将熔炼好的母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯惰性气体保护下经过重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带；3)采用球磨工艺进行扁平化处理，得到扁平粉末；4)将扁平粉末样品放入不锈钢管中，抽真空，充入惰性保护气体，将不锈钢管放入管式炉中加热，保温，随炉冷却；5)扁平粉末与粘结剂混炼加工成的薄片，放入热处理炉中加热，保温，空冷。本发明工艺简单，适合于大规模批量化生产；软磁性能优异，磁体具有较高的工作温度和极高的磁导率，磁屏蔽效果大大提高。

Description

高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法

技术领域

本发明涉及一种磁性材料，尤其是涉及一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法。

背景技术

电磁波的广泛应用带来了日益严重的电磁干扰，一种减少电磁干扰的有效方法就是采用电磁波吸收材料，把不需要的或是有害的电磁能转化为热能。软磁材料作为既具有介电损耗又具有磁损耗的材料一直是抗电磁干扰的首选材料。随着应用研究的深入，用于电磁兼容性的抗电磁干扰材料，使用频率已进入准微波段。并且为了适应不同的应用场合，希望抗电磁干扰材料具有较强的适用性，其中包括对重量、体积及形状等的要求。

与铁氧体磁性材料相比，金属磁性材料的饱和磁化强度是其2～3倍。如果能寻求到某种方法来抑制金属磁性材料闭合磁畴的形成及涡流的话，就一定能得到在GHz频段比铁氧体磁性材料性能优良的抗电磁干扰特性。Sendust合金是1932在日本仙台被开发出来的，成分在Fe-Si9.6-Al5.4附近时，其磁致伸缩系数和磁晶各向异性常数K同时趋近于零，确保了Sendust合金的高磁导率和低矫顽力，其最大磁导率可以达到120000，H_c只有1.6A/m，M_s约为1.0T，居里温度T_c在773K左右，具有优良的软磁性能。由于Sendust合金具有硬度高，但脆性大的特点，通常使用粉末冶金制备元器件，或者通过铸造得到棒材，再线切割加工成型。同时，因为其具有电阻率高、价格低廉，是作为磁头磁芯的理想材料。但是受D0₃相内禀脆性的影响，Sendust合金性能还有许多方面有待改进，其中包括改善加工性(价格、切削、研磨性等)，提高性能(耐磨性、高频性能、磁致伸缩控制等)。

Co是常用的软磁材料，具有比Fe更大的磁矩和更高的居里温度。FeCo合金是现有的饱和磁化强度最大的软磁材料，可达到2T以上；使用Co部分取代Fe基纳米晶软磁材料中的Fe，如Finmet合金和Nanoperm合金，获得了饱和磁感应强度更大，高温性能更好的Hipterm合金；本发明在Sendust合金中添加Co，采用熔体快淬技术并改变球磨工艺和热处理温度，获得了具有高工作温度和优良高频性能的纳米晶掺Co-Sendust合金。

发明内容

本发明的目的是提供一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法。

包括如下步骤：

1)采用纯度大于99.9wt％的Fe、Al、Si、Co为原料，放入中频真空感应炉中熔炼，得到母合金；

2)将熔炼好的母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的FeSiAlCo薄带，淬速为15～35m/s；

3)将FeSiAlCo薄带放入球磨机球磨进行扁平化处理，得到扁平粉末，球料比3∶1～10∶1，转速200～460r/min；

4)将扁平粉末样品放入不锈钢管中，抽真空到10^-2～10^-5Pa，充入惰性保护气体，气压为0.5×10⁵～1.0×10⁵Pa，将不锈钢管放入管式炉中加热至573K～873K，保温30～60min，随炉冷却；

5)扁平粉末与粘结剂混炼加工成薄片，压力为20～40kN，放入热处理炉中加热100～200℃，保温30～60min，空冷。

所述的母合金组成的重量百分比为：(Fe_1-xCo_x)₈₅Si_9.6Al_5.4其中0＜x＜0.2。粘结剂为环氧树脂和聚酰胺树脂；环氧树脂与聚酰胺树脂的重量比为1∶1～0.5。

本发明与现有技术相比具有的有益效果是：使用Co部分取代Fe，可以提高饱和磁感应强度和高温性能等，采用熔体快淬技术并改变球磨工艺和热处理温度，获得了具有高工作温度和优良软磁性能的纳米晶掺Co仙台斯特合金抗电磁干扰材料。本发明工艺简单，成本低廉，适合于大规模批量化生产，磁体具有高工作温度和优良软磁性能，磁屏蔽效果大大提高。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案做进一步具体的说明。

实施例1：

1)将原料以质量比为：铁80.25％、钴4.25％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAlCo母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为15m/s；

3)将FeSiAlTi薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比10∶1，转速300r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至773K，保温30min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶0.5混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为35kN，保压3min，放入热处理炉中加热至180℃，保温30min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例1	126.3	865

实施例2：

1)将原料以质量比为：铁76.5％、钴8.5％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAlCo母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过电弧重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为27.5m/s；

3)将FeSiAlCo薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比10∶1，转速200r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至573K，保温60min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶0.75混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为20kN，保压5min，放入热处理炉中加热至200℃，保温30min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例2	129.6	926

实施例3：

1)将原料以质量比为：铁72.25％、钴12.75％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAlCo母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过电弧重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为20m/s；

3)将FeSiAlCo薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比5∶1，转速300r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至773K，保温30min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶0.75混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为25kN，保压4min，放入热处理炉中加热至100℃，保温60min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例3	131.8	1072

实施例4：

1)将原料以质量比为：铁68％、钴17％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAlCo母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过电弧重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为35m/s；

3)将FeSiAlCoi薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比7∶1，转速400r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至573K，保温60min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶0.5混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为20kN，保压5min，放入热处理炉中加热至150℃，保温30min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例4	128.7	987

实施例5：

1)将原料以质量比为：铁72.25％、钴12.75％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAlCo母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过电弧重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为15m/s；

3)将FeSiAlTi薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比3∶1，转速460r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至673K，保温40min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶1混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为30kN，保压3min，放入热处理炉中加热至120℃，保温50min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例5	130.4	1000

实施例6：

1)将原料以质量比为：铁85％、硅9.6％、铝5.4％放入以氧化铝为坩埚的中频真空感应炉中熔炼，抽真空到10^-1Pa，再送电预热炉料，以排除炉料的吸附气体、水分和有机物等。此时，炉内真空度下降，然后再次抽真空到10^-2Pa以上，充入高纯氩气到炉内气压为0.5×10⁵Pa，大功率送电使炉料完全熔化，再低功率精炼10min后浇注。

2)熔炼好的FeSiAl母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯氩气保护下经过电弧重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的薄带或薄片，淬速为15m/s；

3)将FeSiAl薄片放入球磨机进行球磨扁平化处理，得到扁平粉末，球料比5∶1，转速460r/min；

4)将扁平粉末放入不锈钢管中，抽真空到10^-3Pa，充入高纯氮气保护，气压为0.5×10⁵，将不锈钢管放入管式炉中加热至673K，保温40min，随炉冷却；

5)将扁平粉末与环氧树脂和聚酰胺树脂以重量比为50∶1∶1混炼加工成薄片状可挠性抗电磁干扰材料，混炼压力为40kN，保压2min，放入热处理炉中加热至150℃，保温40min，空冷。

测试样品饱和磁化强度(M_s)和居里温度(T_c)，结果如下：

样品	Ms(T)	Tc(K)
			实施例6	125.0	733

Claims (3)

1.一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法，其特征是包括如下步骤：

1)采用纯度大于99.9wt％的Fe、Al、Si、Co为原料，放入中频真空感应炉中熔炼，得到母合金；

2)将熔炼好的母合金放入快淬设备中，合金铸锭在高纯惰性气体保护下经过重熔后被迅速浇注至高速旋转的辊轮上，得到快速冷凝的FeSiAlCo薄带，淬速为15～35m/s；

3)将FeSiAlCo薄带或FeSiAlCo薄片放入球磨机球磨进行扁平化处理，得到扁平粉末，球料比3∶1～10∶1，转速200～460r/min；

4)将扁平粉末样品放入不锈钢管中，抽真空到10^-2～10^-5Pa，充入惰性保护气体，气压为0.5×10⁵～1.0×10⁵Pa，将不锈钢管放入管式炉中加热至573K～873K，保温30～60min，随炉冷却；

5)扁平粉末与粘结剂混炼加工成薄片，压力为20～40kN，放入热处理炉中加热100～200℃，保温30～60min，空冷。

2.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法，其特征在于所述的母合金组成的重量百分比为：(Fe_1-xCo_x)₈₅Si_9.6Al_5.4其中0＜x＜0.2。

3.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度的掺钴仙台斯特合金的制备方法，其特征在于所述的粘结剂为环氧树脂和聚酰胺树脂；环氧树脂与聚酰胺树脂的重量比为1∶1～0.5。