CN104032243A - 一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带及其制备方法，合金薄带的成分组成由化学式表示为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀，其中，0＜x≤6；首先配比母合金原料；将母合金原料反复熔炼并浇注成合金锭；将合金锭破碎并超声清洗；将清洗干净的块体合金采用单辊快淬法制备出非晶薄带。与现有技术相比，本发明采用具有优良软磁性能和优异力学性能的钴基合金为母合金，具有较好的流动性能，易于喷制。同时Cr元素的掺杂，使薄带的硬度、电阻率提高并能改善其软磁性能，同时也能提高耐蚀性，最重要的是可以改善GMI效应，具有较高的巨磁阻抗变化率和磁场灵敏度，能广泛应用于磁敏传感器技术领域。

Description

一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带及其制备方法

技术领域

本发明属于巨磁阻抗材料的技术领域，尤其是涉及一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带及其制备方法。

背景技术

1992年，日本名古屋大学Mohri K.等人首先在钴基软磁非晶细丝中发现了巨磁阻抗(GMI)效应。GMI效应的发现提供了一种在室温情况下对微弱磁场的检测手段，而且GMI的磁阻抗(MI)比要比金属巨磁电阻(GMR)效应的磁电阻(MR)比高一个甚至10个数量级，这一现象引起了广泛的关注。随后GMI效应被看作很有可能是新纳米结构磁性材料中最具有潜力的磁传输现象。由于巨磁阻抗效应具有灵敏度高、饱和磁场低、无磁滞、响应快和稳定性好等优点，使GMI效应在磁场传感器、电流传感器及磁记录等领域有巨大的应用前景。在非晶和纳米晶软磁合金GM1效应的研究继续深入，尤其是应用研究取得了很大的进展。

GMI效应显示出其作为磁性传感器的性能上的优势，其驱动电流采用交流电，在实际应用中可以很方便地进行调制、解调、滤波等，这些都是GMR所不具备的功能，因此，巨磁阻抗效应吸引了各国的科学家进行了广泛研究。

Co基非晶软磁合金具有高磁导率、低矫顽力和良好的矩形回线等特性，多用于高频开关电源(20kHz～200kHz)中的主变压器铁芯；电抗器、输出滤波及储能电感铁芯；EMC共模扼流圈及差模电感铁芯；磁放大器、饱和电抗器、脉冲压缩器、尖峰抑制器铁芯及磁珠；ISDN变压器和共模电感铁芯；超级市场及图书馆防盗系统标签；音频视频磁头等，具有高导磁率低矫顽力、低损耗、良好的温度稳定性和时效稳定性；零磁致伸缩系数(对应力不敏感耐冲击振动，尤其适合军工电源使用)等特点。Co基非晶薄带一般通过单辊甩带制备。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有较高巨磁阻抗效应的含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带，合金薄带的成分组成由化学式表示为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀，其中，0＜x≤6。

所述的合金薄带的宽度为1～2mm，厚度为30～35μm。

一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带的制备方法，包括以下步骤：

(1)配比母合金原料：按Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀中各元素的比例将纯度不低于99.9％的钴、铁、铬、硅、硼合金按原子摩尔百分比配置成名义成分为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀的母合金原料，其中，0＜x≤6；

(2)母合金熔炼：将母合金原料装入真空感应熔炼炉的坩埚中，真空条件下采用中频感应熔炼的方法把母合金原料反复熔炼3遍以上，反复熔炼的过程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；母合金熔炼时，真空度控制在10^-5Pa，熔炼温度1400～1500℃，熔炼时间为10～30分钟；

(3)合金锭清洗：将步骤(2)得到的合金锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后晾干待用；

(4)急冷制带：将清洗干净的块体合金放入急冷制带设备的石英管中，采用单辊快淬法制备出成分为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀的非晶薄带：

单辊快淬时母合金温度为1400～1500℃，熔融的合金喷至旋转的水冷铜辊上，冷却速度为25～30m/_s；

(5)性能检测：(1)非晶薄带的微观结构检测；(2)非晶薄带的巨磁阻抗效应检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)采用具有优良软磁性能和优异力学性能的钴基合金为母合金，具有较好的流动性能，易于喷制。

(2)Cr元素的掺杂，使薄带的硬度、电阻率提高并能改善其软磁性能，同时也能提高耐蚀性，最重要的是可以改善GMI效应，具有较高的巨磁阻抗变化率和磁场灵敏度，能广泛应用于磁敏传感器技术领域。

(3)本发明的工艺不需要晶化退火处理，一般铁基/纳米晶软磁材料需要晶化退火处理，晶化后材料存在脆化易断现象，并且材料的阻抗变化率不是很高。巨磁阻抗薄膜对于器件的微小型化有促进作用，但薄膜的制备工艺较复杂，成分均匀性控制有难度，不易推广。而本发明的薄带型巨磁阻抗材料具有均匀性好，制备、使用方便等优点，具有较好的发展前景。

附图说明

图1实施例1、2、3、4制得的非晶合金薄带的XRD测量曲线图；

图2实施例1、2、3、4制得的非晶合金薄带的阻抗变化率测量曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

将纯度不低于99.9％的Co、Fe、Cr、Si、B合金等原料以适量的原子摩尔百分比配制成分为Co₆₈Fe₇Si₁₅B₁₀的母料，共计5公斤；将配比好的母合金原料装入真空感应熔炼炉的坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼4遍，并在熔炼过程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将块体合金锭放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，制得带宽度为1～2mm、厚度为32±2μm的非晶薄带。本实施例制备的非晶合金薄带的XRD图如图1所示。得到的非晶薄带利用HP4294A精密阻抗分析仪对其阻抗随外磁场的变化进行测量，外加磁场由亥姆霍兹线圈提供。测量曲线如图2所示，该非晶合金薄带的最大阻抗变化率(ΔZ/Z)max＝28％。

实施例2

本实施例的材料成分组成为Co₆₈Fe_5.5Cr_1.5Si₁₅B₁₀，按照化学元素组成配料，原料纯度≥99.9％，将配好的原料放入真空感应熔炼炉中，抽真空，熔炼温度为1400～1500℃左右，时间为25分钟，随炉冷却得到母合金。

将熔炼好的母合金放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，制得带宽度为1～2mm、厚度为32±2μm的非晶薄带。本实施例制备的非晶合金薄带的XRD图如图1所示。得到的非晶薄带利用HP4294A精密阻抗分析仪对其阻抗随外磁场的变化进行测量，外加磁场由亥姆霍兹线圈提供。测量曲线如图2所示，该非晶合金薄带的最大阻抗变化率(ΔZ/Z)max＝34％。

实施例3

将纯度不低于99.9％的Co、Fe、Cr、Si、B合金等原料以适量的原子摩尔百分比比配制成分为Co₆₈Fe₄Cr₃Si₁₅B₁₀的母料，共计5公斤；将配比好的母合金原料装入真空感应熔炼炉的坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼4遍，并在熔炼过程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将块体合金锭放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，制得带宽度为1～2mm、厚度为32±2μm的非晶薄带。本实施例制备的非晶合金薄带的XRD图如图1所示。得到的非晶薄带利用HP4294A精密阻抗分析仪对其阻抗随外磁场的变化进行测量，外加磁场由亥姆霍兹线圈提供。测量曲线如图2所示，该非晶合金薄带的最大阻抗变化率(ΔZ/Z)maX＝66％。

实施例4

将纯度不低于99.9％的Co、Fe、Cr、Si、B合金等原料以适量的原子摩尔百分比配制成分为Co₆₈Fe_2.5Cr_4.5Si₁₅B₁₀的母料，共计5公斤；将配比好的母合金原料装入真空感应熔炼炉的坩埚中，在真空条件下采用中频感应熔炼的方法把原料反复熔炼4遍，并在熔炼过程中进行搅拌，使合金成分均匀，并浇注成合金锭；将熔炼得到的合金铸锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后自然晾干；将块体合金锭放入急冷制带设备的石英管中，采用感应加热融化，利用单辊急冷甩带工艺，制得带宽度为1～2mm、厚度为32±2μm的非晶薄带。本实施例制备的非晶合金薄带的XRD图如图1所示。得到的非晶薄带利用HP4294A精密阻抗分析仪对其阻抗随外磁场的变化进行测量，外加磁场由亥姆霍兹线圈提供。测量曲线如图2所示，该非晶合金薄带的最大阻抗变化率(ΔZ/Z)max＝33％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带，其特征在于，合金薄带的成分组成由化学式表示为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀，其中，0＜x≤6。

2.根据权利要求1所述的一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带，其特征在于，所述的合金薄带的宽度为1～2mm，厚度为30～35μm。

3.一种如权利要求1所述的含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)配比母合金原料：按Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀中各元素的比例将钴、铁、铬、硅、硼合金配置成成分为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀的母合金原料，其中，0＜x≤6；

(2)母合金熔炼：将母合金原料装入真空感应熔炼炉的坩埚中，真空条件下采用中频感应熔炼的方法把母合金原料反复熔炼3遍以上，并浇注成合金锭；

(3)合金锭清洗：将步骤(2)得到的合金锭破碎，将破碎的块体合金依次放入丙酮溶液和酒精溶液中进行超声清洗，取出后晾干待用；

(4)急冷制带：将清洗干净的块体合金放入急冷制带设备的石英管中，采用单辊快淬法制备出成分为Co₆₈Fe_7-xCr_xSi₁₅B₁₀的非晶薄带。

4.根据权利要求3所述的一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带的制备方法，其特征在于，步骤(2)中对母合金原料反复熔炼的过程中进行搅拌，使合金成分均匀。

5.根据权利要求3所述的一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带的制备方法，其特征在于，母合金熔炼时真空度控制在10^-5Pa，熔炼温度1400～1500℃，熔炼时间为10～30分钟。

6.根据权利要求3所述的一种含Cr钴基非晶巨磁阻抗合金薄带的制备方法，其特征在于，单辊快淬时母合金温度为1400～1500℃，熔融的合金喷至旋转的水冷铜辊上，冷却速度为25～30m/s。