CN103882348B - 磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料及方法 - Google Patents
磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料及方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明是关于磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料及方法。其中磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的组成成分及各成分的重量百分含量为：Fe3～6％，Si7～16％，B2～15％，Ni2％，Nb1％，Ga0.5～2％，稀土金属300ppm～0.2％，余量为Co；该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料是采用真空熔炼及高速旋淬急冷完成，制备的合金薄带经无磁场的电阻炉中加倾斜磁场退火以优化其软磁性能，本工艺方法制备的高磁导率非晶软磁合金薄带在磁电效应传感器使用，具有性能稳定，检测精度提高，重复性好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料及方法。
背景技术
电磁法是技术最成熟、应用最广的钢丝绳无损检测方法。其原理是先用磁化器对钢丝绳进行磁化至饱和，再用钢丝绳无损检测仪进行漏磁检测。钢丝绳弱磁检测技术就是采用漏交联谐振放大器对钢丝绳上剩磁信号进行检测，是直流线圈对钢丝绳磁化，再用电磁磁电效应式传感器检测。而钢丝绳弱磁检测技术的关键是开发电磁磁电效应式传感器，而制造电磁磁电效应式传感器的关键是研发制备高磁导率非晶软磁合金薄带材料。
目前世界各国也正在积极研发高磁导率非晶软磁合金薄带材料，虽然已研发出许多成分铁基合金、镍基合金、钴基合金薄带材料。但均难以满足电磁磁电效应式传感器的技术要求。我公司通过大量成分设计及实验测试，研发出电磁磁电效应式传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，并通过实验研究出其合理的处理工艺技术。采用本工艺技术制备的高磁导率非晶软磁合金薄带材料在电磁磁电效应式传感器使用，其性能稳定，检测精度提高，重复性好。
铁磁性物质是一种性能特异，用途广泛的材料。铁钴镍及其众多合金以及含铁的氧化物均属于铁磁物质。铁磁性物质在外磁场作用下可被磁化，当磁场化作用停止后，铁磁物质仍保留磁化状态。
发明内容
本发明的目的在于，通过扑捉钢丝绳给定的“剩磁载荷”为原理识别钢丝绳上的损伤，而提供磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，将该材料用于电磁磁电效应式传感器，具有性能稳定、检测精度高和重复性好的优点。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，其组成成分及各成分的重量百分含量为：Fe 3～6％，Si 7～16％，B 2～15％，Ni2％，Nb 1％，Ga 0.5～2％，稀土金属300ppm～0.2％，余量为Co。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，其中所述的稀土金属为镧、铱、铈中的至少一种。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中包括以下步骤：(1)取配方量的Fe、B、Ni、Nb，及部分Co在真空非自耗电弧炉中惰性气体保护下于1300～1450℃熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；(2)将制得的中间合金及剩余部分Co，和配方量的Si、Ga和稀土金属在真空熔炼炉中惰性气体保护下于1400～1550℃熔炼，合金温度降至1150℃然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在惰性气体的保护下，感应加热重熔，当达到甩带温度1120～1250℃温度后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带位置，并使喷嘴口与铜辊保持0.2～0.28mm间隙，然后，立即用0.03～0.06MPa气压的惰性气体将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料。
本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其还包括将制备得到的该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料经无磁场的电阻炉中加倾斜磁场进行退火步骤。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中所述的退火步骤条件为：温度320～400℃，时间20～40min，磁场方向为合金条带长度方向倾斜30度，磁场强度15～40kA/m。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中经退火处理后的该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.71T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到94800Gs/Oe，最大磁导率达320000Gs/Oe。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中所述的惰性气体为氩气，但不局限于此，可由其它惰性气体替代。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中所述的步骤(1)、(2)中的熔炼时间为20～30min。
前述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备方法，其中所述的步骤(3)中的加热重熔时间为15min，甩带温度1120～1250℃。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料及制备方法可达到相当的技术进步性及实用性，并具有产业上的广泛利用价值，其至少具有下列优点：使用本发明磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的检测传感器是通过扑捉钢丝绳给定的“剩磁载荷”为原理识别钢丝绳上的损伤；具有灵敏度极高，为5v/G，无需像强磁检测传感器对提取钢丝绳损伤的原始信号进行同步放大。同时解决了前述强磁检测传感器具有的缺陷。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的制备流程图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的磁电效应传感器用磁导率非晶软磁合金薄带材料其具体实施方式、结构、制备方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
为了实现以上目的，本发明磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的组成成分及各成分的重量百分比是：Fe 3～6％，Si 7～16％，B 2～15％，Ni 2％，Nb 1％，Ga 0.5～2％，稀土金属300ppm～0.2％，余量为Co。其中，稀土金属优选镧、铱和铈中的至少一种。
本发明的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料采用如下方法制备，如图1所示：
(1)取配方量的Fe、B、Ni、Nb，及部分Co在真空非自耗电弧炉中惰性气体保护下于1300～1450℃熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；优选进行熔炼20～30min；
(2)将制得的中间合金及剩余部分Co，和配方量的Si、Ga和稀土金属在真空熔炼炉中惰性气体保护下于1400～1550℃熔炼，合金温度降至1150℃然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；优选进行熔炼20～30min；
(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在惰性气体的保护下，感应加热重熔，优选加热重熔时间为15min，当达到甩带温度1120～1250℃后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带位置，并使喷嘴口与铜辊保持一定的间隙(大约0.2～0.28mm的间隙)，然后，立即用0.03～0.06MPa气压的惰性气体将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带；
(4)将步骤(3)制备的非晶合金薄带在无磁场的电阻炉中外加倾斜磁场进行退火。进行该退火的步骤可优化其软磁性能。该退火步骤的具体条件为：温度320～400℃，时间20～40min，磁场方向为合金条带长度方向倾斜30度，磁场强度15～40kA/m；经退火处理后的该高磁导率非晶软磁合金薄带材料的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.71T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到94800Gs/Oe，最大磁导率达320000Gs/Oe。
上述制备方法中，该惰性气体优选氩气，但不局限于此，可由本领域技术人员所熟知其它惰性气体所替代，例如是氦气、氖气、氪气、氙气等。
实施例1
本实施例的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的组成成分及各成分的重量百分比为：Fe 3％，Si 7％，B 2％，Ni 2％，Nb 1％，Ga 0.5％。稀土金属300ppm，余量为Co。其采用如下方法制备：
(1)取3wt％Fe、2wt％B、2％Ni、1％Nb和30wt％Co，在真空非自耗电弧炉中惰性气体氩气保护下于1400℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；
(2)将制得的中间合金及余量的Co和7wt％Si、0.5wt％Ga和稀土金属300ppm在真空熔炼炉惰性气体氩气保护下于1450℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；
(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在氩气的保护下，用高频感应加热重熔，当达到甩带温度1150℃后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带位置，并使喷嘴口与铜辊保持间隙0.2mm，然后，立即用0.04MPa气压的氩气将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带；
(4)将步骤(3)制备的非晶合金薄带在无磁场退火炉中外加平行于条带长度方向30度的倾斜磁场进行退火处理，磁场强度为25kA/m，退火温度320℃，退火时间30min。
(5)经步骤(4)处理后的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.69T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到92600Gs/Oe，最大磁导率达312000Gs/Oe。
实施例2
本实施例的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料组成成分及各成分的重量百分含量为：Fe 5％，Si 10％，B 10％，Ni 2％，Nb 1％，Ga 1％，稀土金属镧450ppm，余量为Co。其采用如下方法制备：
(1)取5wt％Fe、10wt％B、2％wt Ni，1％wt Nb，32wt％Co，在真空非自耗电弧炉中惰性气体保护下于1450℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；
(2)将中间合金及余量的Co和10wt％Si、1wt％Ga和稀土金属0.1％在真空熔炼炉惰性气体保护下于1480℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；
(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在氩气的保护下，用高频感应加热重熔，当达到甩带温度1200℃后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带置，并使喷嘴口与铜辊保持间隙0.28mm，然后，立即用0.05MPa气压的氩气将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带；
(4)将步骤(3)制备的非晶合金薄带在无磁场退火炉中外加平行于条带长度方向30度的倾斜磁场进行退火处理，磁场强度为32kA/m，退火温度360℃，退火时间30min。
(5)经步骤(4)处理后的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.71T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到93600Gs/Oe，最大磁导率达317000Gs/Oe。
实施例3
本实施例的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料组成成分及各成分的重量百分含量为：Fe 6％，Si 16％，B 15％，Ni 2％，Nb 1％，Ga 2％，稀土金属0.2％，余量为Co。其采用如下方法制备：
(1)取6wt％Fe、15wt％B、2％wt Ni，1％wt Nb，33wt％Co，在真空非自耗电弧炉中惰性气体保护下于1450℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；
(2)将中间合金及余量的Co和16wt％Si、2wt％Ga和稀土金属0.2％在真空熔炼炉惰性气体保护下于1480℃熔炼20min，然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；
(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在氩气的保护下，用高频感应加热重熔，当达到甩带温度1200℃后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带置，并使喷嘴口与铜辊保持间隙0.28mm，然后，立即用0.05MPa气压的氩气将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带；
(4)将步骤(3)制备的非晶合金薄带在无磁场退火炉中外加平行于条带长度方向30度的倾斜磁场进行退火处理，磁场强度为32kA/m，退火温度360℃，退火时间30min。
(5)经步骤(4)处理后的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.71T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到93600Gs/Oe，最大磁导率达317000Gs/Oe。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，其特征在于其组成成分及各成分的重量百分含量为：Fe 3～6％，Si 7～16％，B 2～15％，Ni2％，Nb 1％，Ga 0.5～2％，稀土金属300ppm～0.2％，余量为Co。
2.根据权利要求1所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料，其特征在于所述的稀土金属为镧、铱、铈中的至少一种。
3.一种如权利要求1或2所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)取配方量的Fe、B、Ni、Nb，及部分Co在真空非自耗电弧炉中惰性气体保护下于1300～1450℃熔炼，然后倒入水冷锭模中，冷却得到中间合金；
(2)将制得的中间合金及剩余部分Co，和配方量的Si、Ga和稀土金属在真空熔炼炉中惰性气体保护下于1400～1550℃熔炼，合金温度降至1150℃然后倒入水冷锭模中，冷却得到母合金铸锭；
(3)将炼好的母合金铸锭装入石英坩埚内，在惰性气体的保护下，感应加热重熔，当达到甩带温度1120～1250℃温度后，快速将石英坩埚由加热位置下降到喷带位置，并使喷嘴口与铜辊保持0.2～0.28mm间隙，然后，立即用0.03～0.06MPa气压的惰性气体将熔融合金通过喷嘴喷铸在高速旋转的铜辊面上急冷，而得到非晶合金薄带，即该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料。
4.根据权利要求3所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于其还包括将制备得到的该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料经无磁场的电阻炉中加倾斜磁场进行退火步骤。
5.根据权利要求4所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于所述的退火步骤条件为：温度320～400℃，时间20～40min，磁场方向为合金条带长度方向倾斜30度，磁场强度15～40kA/m。
6.根据权利要求5所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于经退火处理后的该磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的综合性能为：饱和磁感应强度Bs为0.71T，矫顽力Hc为1.12A/m，初始磁导率达到94800Gs/Oe，最大磁导率达320000Gs/Oe。
7.根据权利要求3所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于所述的惰性气体为氩气。
8.根据权利要求3所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于所述的步骤(1)、(2)中的熔炼时间为20～30min。
9.根据权利要求3所述的磁电效应传感器用高磁导率非晶软磁合金薄带材料的方法，其特征在于所述的步骤(3)中的加热重熔时间为15min，甩带温度1120～1250℃。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |