CN103871708B - 一种铁钴基高磁化强度软磁材料及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种铁钴基高磁化强度软磁材料及制备方法，该材料具有高的磁化强度。该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。该材料中各成分的重量百分含量为：Te？1％～3％，S？0.04％～0.09％，Yb？0.01％～0.03％，Lu？0.01％～0.05％，Dy？1％～4％，Sr？0.6％～0.9％，B？6％～9％，Co？20％～23％，其余为Fe。
Description
技术领域：
本发明属于金属材料领域，涉及一种铁钴基高磁化强度软磁材料及制备方法。
背景技术：
CN201110421466.5号申请涉及一种铁钴基内生非晶复合材料，该铁钴基块体非晶复合材料包含体积分数为15-85%的非晶相、85-15%的晶体相，其组成成分中只含有0-5%的类金属元素，该铁钴基块体非晶复合材料合金成分表达式为：(Fe1-xCox)aLabCecAldCueMfNgTh（原子比），其中，M为除La、Ce外的稀土元素中的一种或多种，N为Ti、V、Cr、Mn、Ni、Zn、Zr、Nb、Mo、Ag、Hf、Ta、Ga中的一种或多种，T为B、C、Si、P中的一种或多种，且0.05≤x≤0.7；30≤a≤80，5≤b≤30，5≤c≤30，1≤d≤10，1≤e≤10，0≤f≤30，0≤g≤5，0≤h≤5，且a+b+c+d+e+f+g+h=100。但是该复合材料的磁化强度低，合金成份系列复杂。
发明内容：
本发明针对上述技术缺陷，提供一种铁钴基高磁化强度软磁材料，该材料具有高的磁化强度。
本发明的另一目的是提供上述铁钴基高磁化强度软磁材料制备方法，该制备方法工艺简单，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：
一种铁钴基高磁化强度软磁材料，各成分的重量百分含量为：Te1％～3％，S0.04％～0.09％，Yb0.01％～0.03％，Lu0.01％～0.05％，Dy1％～4％，Sr0.6％～0.9％，B6％～9％，Co20％～23％，其余为Fe。该材料的组织为非晶。
上述材料的制备方法，包括以下步骤：
1）首先按照上述合金成分进行配料，原料中Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、Co、Fe以纯物质形式加入，各原料纯度均大于99.9％；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；
2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1520-1560℃，得到母合金，然后将母合金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℃，重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5-1.8个大气压；
3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上，当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下，从坩埚底部的通孔喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带；
4）然后将合金带置于液氮中进行低温处理，处理温度为-196℃，保温20-30分钟；取出后于室温条件下静置2-3小时；然后置200-250℃温度下，保温2-4小时，自然冷却至室温，即得铁钴基高磁化强度软磁材料。
本发明的进一步设计在于：
步骤2）中重熔管式坩埚内径为12-14mm，高度为250-280mm，坩埚底部设有孔径为1-1.5mm的通孔。
步骤3）中重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2-4mm处。
步骤3）中成型炉转轮旋转线速度为25～27m/s；所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5mm。
本发明具有如下有益效果：
本发明的软磁材料采用Yb、Lu和B、Sr共同作用可提高非晶形成能力。Dy、Yb和Lu共同作用可改善材料的磁化强度。Lu、S和Co形成化合物可以阻止热处理中晶粒的长大，保证了非晶的稳定性。
本发明软磁材料在凝固中，采用快速凝固、低温深冷、室温静置、热处理和合金化结合的方式，既有效抑制合金的晶化，保证化学成分的均匀分布，保证了合金的磁性能，也通过梯度处理大大降低了快速冷却造成的内应力，也保证了材料的力学性能。
与现有技术相比，本发明的优点在于：所得产品具有优异的软磁性能、良好的机械性能和非晶形成能力。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，因此也就保证了材料的质量。该材料制备工艺简便，过程简单，成形快捷，生产的材料具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明制备的材料可以应用于信息、通讯等领域的磁性器件。
本发明的钴基合金非晶软磁材料性能见表1。
附图说明:
图1为本发明实施例一制备的铁钴基高磁化强度软磁材料的组织图。
由图1可见，该材料的组织均匀。
具体实施方式：
实施例一：
本发明铁钴基高磁化强度软磁材料的制备方法包括以下步骤：该材料的组织为非晶。
1）首先按照重量百分含量为：Te1％，S0.04％，Yb0.01％，Lu0.01％，Dy1％，Sr0.6％，B6％，Co20％，其余为Fe进行配料，原料中Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、Co、Fe以纯物质形式加入，各原料纯度均大于99.9％；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；
2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1520℃，得到母合金，然后将母合金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℃，重熔管式坩埚内径为12mm，高度为250mm，坩埚底部设有孔径为1mm的通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5个大气压；
3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2mm处，当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下，从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带；转轮旋转线速度为25m/s，所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5mm；
4）然后将合金带置于液氮中进行低温处理，处理温度为-196℃，保温20分钟；取出后于室温条件下静置2小时；然后置200℃温度下，保温2小时，自然冷却至室温，即得铁钴基高磁化强度软磁材料。
实施例二：
本发明铁钴基高磁化强度软磁材料的制备方法包括以下步骤：该材料的组织为非晶。
1）首先按照重量百分含量为：Te3％，S0.09％，Yb0.03％，Lu0.05％，Dy4％，Sr0.9％，B9％，Co23％，其余为Fe进行配料，原料中Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、Co、Fe以纯物质形式加入，各原料纯度均大于99.9％；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；
2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1560℃，得到母合金，然后将母合金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1530℃，重熔管式坩埚内径为14mm，高度为280mm，坩埚底部设有孔径为1.5mm的通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.8个大气压；
3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上4mm处，当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下，从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带；转轮旋转线速度为27m/s，所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5mm；
4）然后将合金带置于液氮中进行低温处理，处理温度为-196℃，保温30分钟；取出后于室温条件下静置3小时；然后置250℃温度下，保温4小时，自然冷却至室温，即得铁钴基高磁化强度软磁材料。
实施例三：
本发明铁钴基高磁化强度软磁材料的制备方法包括以下步骤：该材料的组织为非晶。
1）首先按照重量百分含量为：Te2％，S0.06％，Yb0.02％，Lu0.03％，Dy3％，Sr0.8％，B8％，Co22％，其余为Fe进行配料，原料中Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、Co、Fe以纯物质形式加入，各原料纯度均大于99.9％；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；
2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1540℃，得到母合金，然后将母合金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℃，重熔管式坩埚内径为13mm，高度为270mm，坩埚底部设有孔径为1.2mm的通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.6个大气压；
3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上4mm处，当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下，从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带；转轮旋转线速度为27m/s，所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5mm；
4）然后将合金带置于液氮中进行低温处理，处理温度为-196℃，保温30分钟；取出后于室温条件下静置3小时；然后置230℃温度下，保温4小时，自然冷却至室温，即得铁钴基高磁化强度软磁材料。
实施例四：成份配比不在本发明设计范围内
铁钴基高磁化强度软磁材料中各成份按重量百分含量：Te0.5％，S0.02％，Yb0.005％，Lu0.005％，Dy0.8％，Sr0.5％，B5％，Co19％，其余为Fe进行配料，制备过程同实施例一。
实施例五：成份配比不在本发明设计范围内
铁钴基高磁化强度软磁材料中各成份按重量百分含量：Te4％，S0.1％，Yb0.04％,Lu0.06％，Dy5％，Sr1％，B10％，Co25％，其余为Fe进行配料，制备过程同实施例一。
表1
由上表可以看出，材料添加Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、B、Co、Fe元素有助于材料软磁性能的提高。但是超出本申请设计的范围，软磁性能非但没有提高，反而降低。原因是Ga、B、S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。Co、Yb、Lu、Ga元素过多，不再起作用，反而浪费原材料。
Claims (6)
1.一种铁钴基高磁化强度软磁材料，其特征是：各成分的重量百分含量为：Te1％～3％，S0.04％～0.09％，Yb0.01％～0.03％，Lu0.01％～0.05％，Dy1％～4％，Sr0.6％～0.9％，B6％～9％，Co20％～23％，其余为Fe。
2.根据权利要求1所述铁钴基高磁化强度软磁材料，其特征是：该材料的组织为非晶。
3.权利要求1所述材料的制备方法，其特征是：包括以下步骤：
1）首先按照合金成分进行配料，原料中Te、S、Yb、Lu、Dy、Sr、Co以纯物质形式加入，各原料纯度均大于99.9％；B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％，余量铁以纯Fe形式加入；
2）将各原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1520-1560℃，得到母合金，然后将母合金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℃，重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5-1.8个大气压；
3）重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上，当母合金熔化后，重熔管式坩埚上部阀门打开，熔融母合金在氮气压迫下，从坩埚底部的通孔喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带；
4）然后将合金带置于液氮中进行低温处理，处理温度为-196℃，保温20-30分钟；取出后于室温条件下静置2-3小时；然后置200-250℃温度下，保温2-4小时，自然冷却至室温，即得铁钴基高磁化强度软磁材料。
4.根据权利要求3所述制备方法，其特征是：步骤2）中重熔管式坩埚内径为12-14mm，高度为250-280mm，坩埚底部设有孔径为1-1.5mm的通孔。
5.根据权利要求3所述制备方法，其特征是：步骤3）中重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2-4mm处。
6.根据权利要求3所述制备方法，其特征是：步骤3）中成型炉转轮旋转线速度为25～27m/s；所得合金带的厚度为200-350μm，宽度为3-5mm。
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