CN102839335B - 一种钴基非晶薄带合金材料及制备方法 - Google Patents

一种钴基非晶薄带合金材料及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种钴基非晶薄带合金材料及其制备，该薄带合金材料不仅具有低矫顽力、高饱和磁导率。其制备方法工艺简单，合金熔化也容易操作，生产成本低，适于工业化生产。本发明的钴基非晶薄带合金材料，其成分的重量百分含量为：Gd4％～7％，Si0.3％～0.5％，Nb0.01％～0.03％,Al1％～3％，Fe0.5％～0.9％,Rh0.01％～0.05％，Mo0.01％～0.05％，Ge0.01％～0.05％，其余为Co。钴基非晶薄带合金材料的组织特点为非晶。

Description

一种钴基非晶薄带合金材料及制备方法
技术领域：                                                  
本发明属于金属材料技术领域，涉及一种钴基非晶薄带合金材料及制备方法。
背景技术:
200910096940.4号申请公开一种钴基块体非晶合金，该合金的分子简式为CoaFebNbcB22.4Si5.6，并满足60＜a＜65，2＜b＜5，3＜c＜7。该申请还公开了该钴基块体非晶合金的制备方法。该合金具有较高的饱和磁感应强度，其Is在0.1T以上，0.8T以下；具有低矫顽力，其Hc在0.8A/m以下，0.1A/m以上；具有高有效磁导率，1KHz下其μc在10000以上，60000以下。但是该合金体系中的B含量过高，增加了材料的脆性。另外其饱和磁导率太低，不能满足使用要求。
发明内容：
本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种钴基非晶薄带合金材料，该薄带合金材料具有高饱和磁导率。
本发明的另一目的是提供一种钴基非晶薄带合金材料制备方法，该制备方法工艺简单，合金熔化也容易操作，生产成本低，适于工业化生产。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料，其特征是：该材料各成分的重量百分含量为：Gd 4％～7％，Si 0.3％～0.5％，Nb 0.01％～0.03％, Al 1％～3％， Fe 0.5％～0.9％, Rh 0.01％～0.05％，Mo 0.01％～0.05％，Ge 0.01％～0.05％，其余为Co。
本发明高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料的制备方法，具体步骤为：
（1）首先按照上述合金成分进行配料，原料Si、Nb、Al、Fe 、Rh 、Mo 、Ge 、Co 的纯度均大于99.9％，Gd以铁钆中间合金的方式加入，铁钆合金中Gd的重量百分比为35%；
（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1530-1550℃，浇注冷却后得到母合金；
（3）然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1510-1530℃，重熔管式坩埚的顶部置于真空感应成型炉转轮轮缘之下2-4mm处，重熔管式坩埚内放置一个可上下移动的耐火柱塞于，耐火柱塞与管式坩埚内壁的间隙0.5-0.9mm ，母合金置于管式坩埚内的耐火柱塞顶面熔化，熔化后被转轮轮缘拖拽形成合金带；
（4）然后将该合金带置于100-150℃，保温2-4小时即得到高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料。
步骤（3）中真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为22～25m/s，所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5 mm。
该钴基非晶薄带合金材料的组织特点为非晶。
本发明具有如下有益效果：
本发明合金采用的Ge、Rh、Nb都可提高非晶形成能力。成份中的Ge、Rh、Nb共同存在可使团簇中原子间相互作用强, 则原子扩散就困难，因此提高材料非晶形成能力。
Mo元素和 Rh都可增加非晶的热稳定性, Mo和 Rh结合可阻止原子在高温的活动能力。因此，保证了组织的热稳定性。
成份中添加 Gd元素是良好的铁磁性元素，使合金材料具有软磁性能。Si含量的增加,初始晶化温度增加,即非晶形成能力增加,提高非晶相的稳定性。成份中的Al和Si有助于软磁性能，Gd、Al、Co和Si结合强化了铁磁性作用，有效提高了材料的磁导率和电阻率都提高。
本发明合金在凝固中，采用快速冷却和合金化结合，可以有效保证非晶的形成和稳定性，并且保证化学成分的均匀分布，这样既保证了合金的磁性能，也保证了合金的力学性能。热处理可降低快速冷却造成的内应力，改善合金的韧性。
本发明的钴基非晶薄带合金材料的组织特点为非晶。
与现有技术相比，本发明所得产品为具有优异软磁性能、良好的机械性能和非晶形成能力的钴基块体非晶合金体系。本发明制备中，没有大量使用稀贵元素，所取原料成本降低；另外，合金液经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，因此也就保证了合金的质量。该合金的制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例一制得的薄带合金材料的金相组织图。
由图1可以看出该钴基非晶薄带合金材料的组织致密均匀。
具体实施方式
实施例一：
本发明的钴基非晶薄带合金材料的制备过程如下：
（1）合金各成分按照重量百分比Gd 4％，Si 0.3％，Nb 0.01％, Al 1％， Fe 0.5％, Rh 0.01％，Mo 0.01％，Ge 0.01％，其余为Co进行配料，原料Si、Nb、Al、Fe 、Rh 、Mo 、Ge 、Co 的纯度均大于99.9％，Gd以铁钆中间合金的方式加入，铁钆合金中Gd的重量百分比为35%。
（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1545℃，浇注冷却后得到母合金。
（3）然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1525℃，重熔管式坩埚的顶部置于真空感应成型炉转轮轮缘之下4mm处，重熔管式坩埚内放置一个可上下移动的耐火柱塞于，耐火柱塞与管式坩埚内壁的间隙0.8mm，母合金置于管式坩埚内的耐火柱塞顶面熔化，重熔的合金熔融膨胀溢出后正与旋转的真空感应成型炉转轮边缘接触，熔融金属熔潭被高速旋转的转轮边部圆弧形轮缘拖拽形成合金带，转轮轮缘是圆弧形的，上下移动的耐火柱塞可上行将熔融合金液不断提供给旋转的转轮，形成连续的金属带。真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为25m/s，所得合金带的厚度为220μm，宽度为5 mm。
（4）然后将该合金带置于130℃，保温4小时即得到钴基非晶薄带合金材料。
实施例二：
本发明的钴基非晶薄带合金材料的制备过程如下：
合金中各成分按照重量百分比Gd 7％，Si 0.5％，Nb 0.03％, Al 3％， Fe 0.9％, Rh 0.05％，Mo 0.05％，Ge 0.05％，其余为Co进行配料。其中真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为22m/s，得到高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料厚度为350μm，宽度为3 mm。其余制备过程同实施例一。
实施例三：
本发明的钴基非晶薄带合金材料的制备过程如下：
（1）首先合金各成分按照重量百分比Gd 6％，Si 0.4％，Nb 0.02％, Al 2％， Fe 0.7％, Rh 0.04％，Mo 0.03％，Ge 0.04％，其余为Co进行配料，原料Si、Nb、Al、Fe 、Rh 、Mo 、Ge 、Co 的纯度均大于99.9％，Gd以铁钆中间合金的方式加入，铁钆合金中Gd的重量百分比为35%。
（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540℃，浇注冷却后得到母合金。
（3）然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1520℃，重熔管式坩埚的顶部置于真空感应成型炉转轮轮缘之下3mm处，重熔管式坩埚内放置一个可上下移动的耐火柱塞于，耐火柱塞与管式坩埚内壁的间隙0.6mm ，母合金置于管式坩埚内的耐火柱塞顶面熔化，重熔的合金熔融膨胀溢出后正与旋转的真空感应成型炉转轮边缘接触，熔融金属熔潭被高速旋转的转轮边部圆弧形轮缘拖拽形成合金带，转轮轮缘是圆弧形的，上下移动的耐火柱塞可上行将熔融合金液不断提供给旋转的转轮，形成连续的金属带。真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为24m/s，所得合金带的厚度为300μm，宽度为4 mm。
（4）然后将该合金带置于120℃，保温3小时即得到本发明的钴基非晶薄带合金材料。
实施例四：合金成份配比不在本发明设计范围内的实例
本发明的钴基非晶薄带合金材料的制备过程如下：
合金中各成分按照重量百分比Gd 3％，Si 0.2％，Nb 0.005％, Al 0.5％， Fe 0.4％, Rh 0.005％，Mo 0.005％，Ge 0.005％，其余为Co进行配料。其中真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为23m/s，得到高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料厚度为350μm，宽度为3 mm。其余制备过程同实施例一。
实施例五：合金成份配比不在本发明设计范围内的实例
本发明的钴基非晶薄带合金材料的制备过程如下：
合金中各成分按照重量百分比Gd 8％，Si 0.9％，Nb 0.04％, Al 4％， Fe 1 ％, Rh 0.06，Mo 0.07％，Ge 0.06％，其余为Co进行配料。其中真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为23m/s，得到高饱和磁导率钴基非晶薄带合金材料厚度为350μm，宽度为3 mm。其余制备过程同实施例一。
表1
Figure 2012103484799100002DEST_PATH_IMAGE002
由以上表性能对比可以看出，本发明的钴基非晶薄带合金材料中添加Si、Nb、Al、Fe 、Rh 、Mo 、Ge 、Gd元素有助于合金软磁性能的提高。但是超出本申请设计的范围，软磁性能非但不提高，反而降低，如实施例四、实施例五。原因是Ge 、Gd、Mo、Nb、Si、Al成份过多，会和Co反应形成非磁性化合物，也降低了Co的有效作用。Rh元素过多，不再起作用，浪费原材料。Fe成份过多，会低了Co的有效作用。

Claims (2)

1.一种钴基非晶薄带合金材料的制备方法，其特征是具体步骤如下：
（1）首先按照Gd 4％～7％，Si 0.3％～0.5％，Nb 0.01％～0.03％, Al 1％～3％， Fe 0.5％～0.9％, Rh 0.01％～0.05％，Mo 0.01％～0.05％，Ge 0.01％～0.05％，其余为Co的重量百分含量进行配料，其中Si、Nb、Al、Fe 、Rh 、Mo 、Ge 、Co 的纯度均大于99.9％，Gd以铁钆中间合金的方式加入，铁钆合金中Gd的重量百分比为35%；
（2）将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1530-1550℃，浇注冷却后得到母合金；
（3）然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1510-1530℃，重熔管式坩埚的顶部置于真空感应成型炉转轮轮缘之下2-4mm处，重熔管式坩埚内放置一个可上下移动的耐火柱塞，耐火柱塞与管式坩埚内壁的间隙0.5-0.9mm ，重熔时母合金置于管式坩埚内的耐火柱塞顶面熔化，熔化后被转轮轮缘拖拽形成合金带；
（4）然后将该合金带置于100-150℃，保温2-4小时即得到钴基非晶薄带合金材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（3）中真空感应成型炉转轮轮缘的旋转线速度为22～25m/s，所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5 mm。
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