CN106086327A - 提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法。本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,依次包括加热、保温和退火工艺,其中,加热步骤为将低碳钢导磁材料置于加热炉内,升温至600‑850℃;退火步骤为增加外磁场进行磁场退火,将所述低碳钢软磁材料冷却至100℃以下出炉。本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,通过增加外磁场进行退火工艺,使低碳钢导磁材料内部的磁畴在加热后的缓慢冷却中,沿着外加磁场方向排列,从而获得与外磁场方向一致的磁织构,经过磁场热处理后可以使低碳钢导磁材料在原外加磁场方向上磁化获得高的磁导率和更高的矩形比,从而提高了低碳钢导磁材料的磁性能。
Description
【技术领域】
本发明涉及金属材料热处理技术领域,具体涉及一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法。
【背景技术】
在微型扬声器等产品中,要求灵敏度较高,以降低功率放大器的耗电量。为提高微型扬声器的灵敏度,需使气隙中磁感应强度B值越大越好。扬声器结构包括磁钢和收容所述磁钢的导磁板,其中导磁板采用软磁材料制成,提高微型扬声器的灵敏度,需提高导磁板的磁性能。
扬声器中磁路设计基本方程式:
其中,kf为漏磁系数,kr为磁阻系数,为了提高扬声器气隙中磁场强度Bg,需减少漏磁系数kf与磁阻系数kr。
根据单磁路扬声器等效电路可得出基尔霍夫方程组:
其中,F、r为磁体的总磁通、总磁动势和内阻,R为磁体与轭铁的接触磁阻以及轭铁本身的磁阻,P为总磁导,Rb为气隙上下边沿的磁阻,上下边沿的磁阻,Rg为气隙磁阻,Rj为磁体外侧面的磁阻。
对于扬声器来说,由于磁体和各磁路元件的形状尺寸已经固定,因此磁导pg、pb、pj都是固定的,为了提高气隙中的磁场强度Bg,只能降低R值即降低磁体与轭铁的接触磁阻与轭铁本身磁阻。而磁阻定义的公式为:
从上述公式可以看出,为了降低导磁板的磁阻,在导磁板形状与尺寸固定的情况下只能增加导磁板的磁导率。
同时,磁性材料具有磁晶各向异性,即磁化曲线的形状与单晶体的晶轴方向有关。在同一个单晶体内,由于磁晶各向异性的存在,磁化强度随磁场的变化随方向的不同而有差别。在某些方向容易磁化而在另一些方向上则不容易磁化,定义容易磁化的方向称为易磁化方向,不容易磁化的方向称为难磁化方向,在易磁化方向上其磁导率与矩形比Mr/Ms(其中,Mr表示剩余磁化强度,Ms表示饱和磁化强度)比难磁化方向上磁导率与矩形比要大很多。对于低碳钢导磁材料来说,矩形比越大,材料的磁性能越强。
因此,提高导磁板的磁导率、矩形比,且降低其漏磁可有效提高导磁板的磁性能,从而提高扬声器的灵敏度。
提高软磁材料的磁性能,需要改变材料的晶体结构、晶粒尺寸等参数,而热处理是提高软磁材料磁性能的一种重要手段。相关技术中,低碳钢导磁材料热处理主要体现在提高其力学性能方面,对于提高其磁性能方面的热处理工艺暂无相关报道。
因此,有必要提供一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,进而提高扬声器等产品的灵敏度。
【发明内容】
本发明的目的是克服上述技术问题,提供一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法。
本发明的技术方案是:
一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,包括如下步骤:
加热:将低碳钢导磁材料置于加热炉内,升温至600-850℃;
保温:保温一定时间;
退火:增加外磁场进行磁场退火,将所述低碳钢导磁材料冷却至100℃以下出炉,所述外磁场的强度大于所述低碳钢导磁材料最大磁感应强度对应的磁场强度。
优选的,在所述加热步骤之前还包括对所述软磁材料进行预处理,所述预处理包括对所述低碳钢导磁材料进行冲压成型。
优选的,所述退火步骤中,所述低碳钢导磁材料的冷却速度为50-135℃/h。
优选的,所述退火工艺中,增加的外磁场的磁场强度为500Oe-3500Oe。
优选的,所述加热步骤中,将所述低碳钢导磁材料升温至600-800℃。
优选的,所述保温步骤中,保温时间为0.5-4h。
与相关技术相比,本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,具有如下有益效果:
一、热处理工艺中,将低碳钢导磁材料升温至600-850℃后保温,再进行磁场退火,不仅通过热处理来改善低碳钢导磁材料内部的晶粒尺寸、晶体缺陷、参杂物分布等因素的基础上改善其磁导率、矫顽力等磁性能;而且还通过增加外磁场进行退火工艺,使低碳钢导磁材料内部的磁畴在加热后的缓慢冷却中,沿着外加磁场方向排列,从而获得与外磁场方向一致的磁织构,经过磁场热处理后可以使低碳钢导磁材料在原外加磁场方向上磁化获得高的磁导率和更高的矩形比。因此,本发明提供的热处理方法能有效的提高低碳钢导磁材料的磁性能。
二、热处理工艺中,外加磁场可改善冷却速度较快情况下晶体微观组织的不均匀性,从而使矫顽力降低,提高低碳钢导磁材料的磁性能。
【附图说明】
图1为本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法的流程示意图;
图2为本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法中在600℃热处理温度条件下增加不同外磁场进行退火工艺后得到的低碳钢导磁材料磁畴结构图;
图3为本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法中在800℃热处理温度条件下增加不同外磁场进行退火工艺后得到的低碳钢导磁材料磁畴结构图。
【具体实施方式】
下面将结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
请参阅图1,为本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法的流程示意图。一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,包括如下步骤:
步骤S1:加热
将低碳钢导磁材料置于加热炉内,升温至600-850℃;其中,低碳钢导磁材料为低碳钢软磁材料,牌号为SPCD低碳钢,具体表示冲压用冷轧碳素钢薄板或钢带,具体的,热处理温度可选择为600℃、650℃、700℃、720℃、750℃、800℃或850℃,或者600-850℃范围内的其它热处理温度;
步骤S2:保温一定时间
保温0.5-4h,具体可以为0.5h、1h、2h、3h、4h,或0.5-4h范围内的其它保温时间;
步骤S3:退火
增加外磁场进行磁场退火,将所述低碳钢软磁材料冷却至100℃以下出炉;其中,增加的外磁场择为500-3500Oe范围内的磁场强度。
优选的,在所述加热步骤之前还包括对所述软磁材料进行预处理,所述预处理包括对所述软磁材料进行冲压成型,例如冲压成扬声器的磁碗或导磁板的对应形状。
以下通过具体的实施例详细描述热处理温度、外磁场等工艺参数对低碳钢导磁材料磁性能的影响,且以下实施例中低碳钢导磁材料均为低碳钢软磁材料,牌号为SPCD低碳钢。
实施例1-2
在热处理温度为600℃、保温时间为2h条件下,分别进行一般退火工艺和磁场退火工艺,得到实施例1-2。并将实施例1-2经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表1:
表1:600℃保温2h后不同退火工艺对磁性能的影响
其中,Ms表示饱和磁化强度,Mr表示剩余磁化强度,Hc表示低碳钢导磁材料的矫顽力。
通过600℃保温2h后135℃/h冷却时不加外磁场与加外磁场下的磁性能变化对比可知,加外磁场进行磁场退火处理可以有效提升沿轧制面方向的剩余磁化强度,其剩磁从1.0279提升到2.063,将近提升一倍的效果,在饱和磁化强度Ms变化不大的情况下,低碳钢导磁材料的矩形比提高了将近1倍;同时,在增加外磁场进行热处理工艺中,低碳钢导磁材料的矫顽力下降。
实施例3-4
在热处理温度为720℃、保温时间为2h条件下,分别进行一般退火工艺和磁场退火工艺,得到实施例3-4。并将实施例3-4经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表2:
表2:720℃保温2h后不同退火工艺对磁性能的影响
通过720℃保温2h后135℃/h冷却时不加外磁场与加外磁场下的磁性能变化对比可知,不增加外磁场和增加外磁场对饱和磁化强度Ms的影响不大,但能有效提高剩余磁化强度Mr,从而能有效提高低碳钢导磁材料的矩形比,其提升的幅度大于1倍。
实施例5-6
热处理温度为800℃、保温时间为2h条件下,分别进行一般退火工艺和磁场退火工艺,得到实施例5-6。并将实施例5-6经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表3:
表3:800℃保温2h后不同退火工艺对磁性能的影响
通过800℃保温2h后135℃/h冷却时不加外磁场与加外磁场下的磁性能变化对比可知,磁场热处理对饱和磁化强度Ms的影响不大,但能有效提高剩余磁化强度Mr,从而能有效提高低碳钢导磁材料的矩形比,其提升的幅度大于1倍。
实施例7-8
热处理温度为850℃、保温时间为2h条件下,分别进行一般退火工艺和磁场退火工艺,得到实施例7-8。并将实施例7-8经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表4:
表4:850℃保温2h后不同退火工艺对磁性能的影响
通过850℃保温2h后135℃/h冷却时不加外磁场与加外磁场下的磁性能变化对比可知,磁场热处理对饱和磁化强度Ms的影响不大,且剩余磁化强度Mr提升的幅度较小。
以下通过具体的实施例详细描述增加外磁场、冷却速度对低碳钢导磁材料磁性能的影响。同样,且以下实施例中低碳钢导磁材料为低碳钢软磁材料,牌号为SPCD低碳钢。
实施例9-10
热处理温度为750℃、保温时间为2h条件下,分别进行一般退火工艺和磁场退火工艺,得到实施例9-10。并将实施例9-10经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表5:
表5:750℃保温2h后不同退火工艺对磁性能的影响
通过750℃保温2h后随炉冷却时不加外磁场与加外磁场下的磁性能变化对比可知,施加外磁场时其矫顽力出现明显的降低,同时与不同温度下135℃/h加磁场与不加磁场相比可以得出不同冷却速度下加磁场对矫顽力的影响程度不一,冷却速度较大是对矫顽力的调控更加明显,因为冷却速度较低时在晶界写出的渗碳体会更多,而磁畴一般是不能跨晶界的,因此其调节幅度较小。
实施例11-13
热处理温度为750℃、保温时间为2h、增加2000Oe外磁场条件下,分别选择50℃/h、100℃/h、135℃/h的冷却速度进行热处理工艺,得到实施例11-13。并将实施例11-13经热处理的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果如表6:
表6:750℃保温2h时增加2000Oe外磁场后不同冷却速度对磁性能的影响
通过表5、表6显示的750℃保温2h时不同退火工艺下磁性能变化对比可知,饱和磁化强度Ms和剩余磁化强度Mr受冷却速度的影响不大,且在增加外磁场的情况下,随着冷却速度的增加其矫顽力变化不大,说明在不同冷却速度下施加外磁场能有效改善低碳钢导磁材料的微观组织,对矫顽力的调控在冷却速度较大时更加明显。同时,冷却速度过慢(50℃/h),将导致其剩磁、矫顽力均有所下降。
以下通过具体的实施例详细描述施加不同外磁场强度对低碳钢导磁材料磁性能的影响。同样,且以下实施例中低碳钢导磁材料为低碳钢软磁材料,牌号为SPCD低碳钢。
实施例14-18
在热处理温度为600℃、加2000Oe磁场保温时间为2h后冷却外磁场强度变化为20mT、50mT、100mT、200mT、295mT并在冷却速度为135℃/h的条件下进行退火工艺,得到实施例14-18。并将实施例14-18经热处理工艺后的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果请参阅图2,为本发明提供的提高到磁材料磁性能的热处理方法中在600℃热处理温度条件下增加不同外磁场进行退火工艺后得到的软磁材料磁畴结构图。其中,(a)、(b)、(c)、(d)、(e)分别表示增加20mT、50mT、100mT、200mT、295mT外磁场进行退火工艺得到的低碳钢导磁材料磁畴结构图。
由图2的磁畴结构图可以看出,在600℃保温2h后135℃/h冷却下低碳钢导磁材料的磁畴呈条纹状,且随着外磁场的减少,沿外磁场方向的条纹磁畴的数量也减少,低碳钢导磁材料的磁性能降低。
实施例19-24
在热处理温度为800℃、加2000Oe磁场保温时间为2h时分别选择外磁场强度变化为2.5mT、5mT、7.5mT、10mT、20mT、30mT并在冷却速度为135℃/h的条件下进行退火工艺,得到实施例19-24。并将实施例19-24经热处理工艺后的低碳钢导磁材料进行磁性能测试,测试结果请参阅图3,为本发明提供的提高到磁材料磁性能的热处理方法中在800℃热处理温度条件下增加不同外磁场进行退火工艺后得到的软磁材料磁畴结构图。其中,(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别表示增加2.5mT、5mT、7.5mT、10mT、20mT、30mT外磁场进行退火工艺得到的低碳钢导磁材料磁畴结构图。
由图3的磁畴结构图可以看出,在800℃保温2h后135℃/h冷却下低碳钢导磁材料的磁畴同样呈条纹状,且随着外磁场的减少,磁畴的大小也变下。但在同等条件下,热处理温度800℃条件下的磁畴比600℃条件下的磁畴要大。
通过上述各实施例的低碳钢导磁材料的磁性能测试,可以得出以下结论:
1、在800℃条件下进行磁场退火能有效提高磁矩沿外磁场方向分布,从而提高此方向上的剩磁,当温度在850℃以上进行磁场退火则不会明显出现沿外场方向剩磁提高的现象,因为温度升高再结晶会在200方向产生织构,故磁场施加对其磁性能影响不大。
2、不同冷却速度条件下对矫顽力影响程度不一,冷却速度较大是对矫顽力的调控更加明显,因为冷却速度较低时在晶界写出的渗碳体会更多,而磁畴一般是不能跨晶界的,因此其调节幅度较小。
3、在增加外磁场的情况下,随着冷却速度的增加其矫顽力变化不大,说明在不同冷却速度下施加外磁场能有效改善低碳钢导磁材料的微观组织,对矫顽力的调控在冷却速度较大时更加明显。同时,冷却速度过慢,将导致其剩磁、矫顽力均有所下降。
4、SPCD材料磁畴随着外磁场的增加其磁畴大小也增加。
与相关技术相比,本发明提供的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,具有如下有益效果:
一、热处理工艺中,将低碳钢导磁材料升温至600-850℃后保温,再进行磁场退火,不仅通过热处理来改善低碳钢导磁材料内部的晶粒尺寸、晶体缺陷、参杂物分布等因素的基础上改善其磁导率、矫顽力等磁性能;而且还通过增加外磁场进行退火工艺,使低碳钢导磁材料内部的磁畴在加热后的缓慢冷却中,沿着外加磁场方向排列,从而获得与外磁场方向一致的磁织构,经过磁场热处理后可以使低碳钢导磁材料在原外加磁场方向上磁化获得高的磁导率和更高的矩形比。因此,本发明提供的热处理方法能有效的提高低碳钢导磁材料的磁性能。
二、热处理工艺中,外加磁场可改善冷却速度较快情况下晶体微观组织的不均匀性,从而使矫顽力降低,提高低碳钢导磁材料的磁性能。
以上所述的仅是本发明的实施方式,在此应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出改进,但这些均属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,其特征在于,包括如下步骤:
加热:将低碳钢导磁材料置于加热炉内,升温至600-850℃;
保温:保温一定时间;
退火:增加外磁场进行磁场退火,将所述低碳钢导磁材料冷却至100℃以下出炉,所述外磁场的强度大于所述低碳钢导磁材料最大磁感应强度对应的磁场强度。
2.根据权利要求1所述的软磁材料的热处理方法,其特征在于,在所述加热步骤之前还包括对所述软磁材料进行预处理,所述预处理包括对所述低碳钢导磁材料进行冲压成型。
3.根据权利要求1所述的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,其特征在于,所述退火步骤中,所述低碳钢导磁材料的冷却速度为50-135℃/h。
4.根据权利要求1-3任一项所述的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,其特征在于,所述退火工艺中,增加的外磁场的磁场强度为500Oe-3500Oe。
5.根据权利要求1所述的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,其特征在于,所述加热步骤中,将所述低碳钢导磁材料升温至600-800℃。
6.根据权利要求1所述的提高低碳钢导磁材料磁性能的热处理方法,其特征在于,所述保温步骤中,保温时间为0.5-4h。
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