CN108091466A - 钴基非晶合金、钴基非晶合金带材的制备方法与钴基非晶合金磁芯的制备方法 - Google Patents

钴基非晶合金、钴基非晶合金带材的制备方法与钴基非晶合金磁芯的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种钴基非晶合金，其由Co、Fe、Mo、Si和B组成；各元素质量百分比为：72％≤Co≤81％，4％≤Fe≤13％，2.5％≤Mo≤3.5％，9％≤Si≤10％，2％≤B≤3％。本申请还提供了钴基非晶合金带材的制备方法与钴基非晶合金磁芯的制备方法。本申请通过在钴基非晶合金中加入上述合金元素，并控制器含量，进一步的采用了适当的热处理工艺，获得了一种低损耗、低矫顽力、高磁导率和高剩磁的钴基非晶合金磁芯，满足了其在磁放大器等领域的应用。

Description

钴基非晶合金、钴基非晶合金带材的制备方法与钴基非晶合 金磁芯的制备方法
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，尤其涉及一种钴基非晶合金、钴基非晶合金带材的制备方法与钴基非晶合金磁芯的制备方法。
背景技术
非晶态金属合金主要作为软磁材料应用，非晶态合金中不存在晶界、亚晶界以及第二相颗粒等阻碍畴壁运动，钉扎畴壁的结构，更容易磁化和退磁，而且磁滞损耗非常小；因此利用非晶态合金制备的软磁材料可以明显降低能源损耗，提高能源利用率。
现在市场上的非晶软磁材料主要包括铁基、钴基、镍基等非晶合金以及纳米晶合金。钴基非晶具有高磁导率，低矫顽力和低损耗特点，由此使其成为优异的软磁材料。随着科学技术的发展，尤其是信息技术的迅速发展，各行业对各种电子器件会提出越来越高的要求，微型化、高灵敏度、响应快以及高稳定性将是未来的趋势，钴基非晶材料将会在工业自动化、汽车电子、信息技术和医疗仪器等诸多领域取得越来越广泛的应用。
钴基非晶合金的低损耗、低矫顽力、高磁导率以及高剩磁的特点使其广泛应用在磁放大器领域，磁放大技术目前已经广泛用于开关电源中。为了进一步满足磁放大器技术领域对钴基非晶合金的要求，需要进一步提高钴基非晶合金的磁性能。
发明内容
本发明解决的技术问题在于提供一种钴基非晶合金，本申请提供的钴基非晶合金具有优异的磁性能，尤其体现在具有低磁性损耗、低矫顽力、高剩磁与高磁导率。
有鉴于此，本申请提供了一种钴基非晶合金，包括：
优选的，所述Co的含量为74wt％～81wt％。
优选的，所述Fe的含量为4.5wt％～11.0wt％。
优选的，所述钴基非晶合金包括80～81wt％的Co、4～5wt％的Fe、2.6～3.4wt％的Mo、9.1～9.9wt％的Si与2.1～2.8wt％的B。
优选的，所述钴基非晶合金包括80.5wt％的Co、4.5wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
优选的，所述钴基非晶合金包括74～77wt％的Co、8～11wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
本申请还提供了一种钴基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材。
本申请还提供了一种钴基非晶合金磁芯的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材；
将所述钴基非晶合金带材剪切后绕制，得到初始磁芯；
将所述初始磁芯热处理，得到钴基非晶合金磁芯。
优选的，所述合金熔液的温度为1350～1500℃，所述单辊连铸法的冷却辊的线速度为20～35m/s，所述钴基非晶合金带材的厚度为18～40μm，宽度为5～60mm。
优选的，所述热处理在保护性气氛下进行，所述热处理的温度为400～460℃，保温的时间为10～60min。
本申请提供了一种钴基非晶合金，其包括：72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B。本申请中Co和Fe元素决定了钴基非晶金合金的饱和磁感应强度，两者含量上相配合可降低合金的磁致收缩，Mo元素对磁饱和强度具有一定的贡献，同时可增大合金的热处理宽泛性，Si元素可降低合金损耗，同时Si和B可提高合金的非晶形成能力，因此本申请通过添加上述元素并控制其含量，提高了钴基非晶合金的磁性能；进一步的，本申请采用适当的热处理工艺，获得了低损耗、低矫顽力、高磁导率与高剩磁的磁芯。
具体实施方式
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
为了提高钴基非晶合金的磁性能，使其满足磁放大器等领域的应用，本发明实施例公开了一种钴基非晶合金，其具有抵损耗、低矫顽力、高磁导率与高剩磁，从而满足了磁放大器等领域的应用。具体的，本申请提供了一种钴基非晶合金，其包括：
在钴基非晶合金中，Co作为基体元素，其决定了钴基非晶合金的饱和磁感应强度。所述Co的含量为72wt％～81wt％，在具体实施例中，所述Co的含量为74wt％～81wt％，在具体实施例中，所述Co的含量为77wt％～80wt％。所述Co的含量过高则降低非晶形成能力，过少则降低钴基非晶合金的磁导率。
所述Fe元素同样可决定合金的饱和磁感应强度，本申请中所述Co元素和Fe元素相配合可降低合金的磁致伸缩。所述Fe的含量为4～13wt％，在具体实施例中，所述Fe的含量为4.5～11.0wt％，在具体实施例中，所述Fe的含量为8～10wt％。所述Fe的含量过多则增大磁致收缩系数，也增大磁各向异性。
所述Mo元素可以增大合金的热处理宽泛性。所述Mo的含量为2.5～3.5wt％，在具体实施例中，所述Mo的含量为2.6～3.4wt％，更具体的，所述Mo的含量为3.0wt％。所述Mo的含量过多则降低合金的饱和磁感应强度，过少则会降低合金的热处理宽泛性。
本申请中所述Si和B可提高合金的非晶形成能力，其中Si可减低合金的损耗。所述Si的含量为9～10wt％，在具体实施例中，所述Si的含量为9.1～9.9wt％，更具体的，所述Si的含量为9.5wt％。所述B的含量为2～3wt％，在具体实施例中，所述B的含量为2.1～2.8wt％，更具体的，所述B的含量为2.5wt％。所述Si和B的含量过多则降低合金的饱和磁感应强度，过少则降低合金的非晶形成能力；具体的，所述Si的含量过多则增加合金的脆性，不利于加工，过少增加合金损耗。
本申请提供了一种较优组成的钴基非晶合金，其包括80～81wt％的Co、4～5wt％的Fe、2.6～3.4wt％的Mo、9.1～9.9wt％的Si与2.1～2.8wt％的B。
本申请还提供了一种较优组成的钴基非晶合金，其包括80.5wt％的Co、4.5wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
本申请还提供了一种较优组成的钴基非晶合金，其包括74～77wt％的Co、8～11wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
本申请还提供了所述钴基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材。
进一步的，本申请还提供了所述钴基非晶合金磁芯的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材；
将所述钴基非晶合金带材剪切后绕制，得到初始磁芯；
将所述初始磁芯热处理，得到钴基非晶合金磁芯。
在制备钴基非晶合金带材或制备钴基非晶合金磁芯的过程中，首先准备原料，本申请以纯钴、钴硼合金、纯钼、硼铁和金属硅作为原材料，将上述原材料按照比例混合，熔炼，即得到合金熔液；所述熔炼为本领域技术人员熟知的技术手段，对此本申请没有特别的限制，示例的，本申请所述熔炼的设备为中频感应炉。
在得到合金熔液之后，按照本发明，将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材。在所述辊制的过程中，所述合金熔液的温度为1350～1500℃，所述辊制的线速度为20～25m/s。所述单辊连铸法为本领域技术人员熟知的辊制方法，对其具体操作本申请不进行特别的限制。经过上述单辊连铸法得到了厚度为18～40μm、宽度为5～60mm的非晶合金带材，优选的所述非晶合金带材的厚度为19～23μm，宽度为25～55mm。
为了得到可应用的磁性，按照本发明，还需要将上述钴基非晶合金带材进行进一步处理，以得到钴基非晶合金磁芯。具体的，将上述钴基非晶合金带材剪切后绕制，得到初始磁芯；可将钴基非晶合金带材经过滚剪机，剪切出1～55mm之间任意宽度的剪切带，然后经过自动或手动卷绕成初始磁芯。所述磁芯的截面积为3mm2～50mm2，磁路长度为25mm～120mm。
本申请最后将所述初始磁芯进行热处理；具体的，所述热处理在真空或保护性气氛中进行，无需外加磁场。所述热处理的温度为400～460℃，保温的时间为10～60min；在某些具体实施例中，所述热处理的温度为440～460℃，保温的时间为30～55min。
本发明提供了一种钴基非晶合金，其包括72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B。本申请通过选择上述合金元素并控制其含量，提高了钴基非晶合金的磁性能；进一步的，本申请通过采用适当的热处理工艺，进一步提高了钴基非晶合金磁性的磁性能。实验结果表明，在50kHz，400mT的检测条件下，钴基非晶合金的磁芯损耗值＜50W/Kg，矫顽力＜6A/m,矩形比Br/Bm＞95％。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的钴基非晶合金及其制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。
实施例1
根据本发明所采用的钴基磁芯制备方案，可采用以下步骤制作钴基磁芯：
挑选各元素质量百分比为Co：80.5％，Fe：4.5％，Mo：3％，Si：9.5％，B：2.5％的母合金作为原材料；
利用中频感应炉将母合金熔炼为液态合金，在1450℃的条件下，经线速度为20～23m/s的冷却辊制得带厚为20～23μm的非晶薄带；
将上述非晶薄带剪切为5mm宽的带材，卷绕成截面积范围10mm2，磁路长度范围53.4mm的初始磁芯；
将所述初始磁芯经过氩气保护，在440℃下保温30min，得到钴基非晶合金磁芯。在50kHz，400mT条件下检测上述钴基非晶合金磁芯的性能，检测结果如表1所示：
表1本实施例制备的钴基非晶合金磁芯的性能数据表
实施例2
根据本发明所采用的钴基磁芯制备方案，可采用以下步骤制作钴基磁芯：
按照各元素质量百分比为Co：80.5％，Fe：4.5％，Mo：3％，Si：9.5％，B：2.5％计算并称量适量的纯钴、钴硼合金、纯钼、硼铁、金属硅，利用中频感应炉将称量后的各种原材料熔炼为液态合金；
将上述液态合金在1450℃的条件下，经线速度为20～23m/s的冷却辊制得带厚为20～23μm的非晶薄带；
将上述非晶薄带剪切为5mm宽的带材，卷绕成截面积范围10mm2，磁路长度范围53.4mm的初始磁芯；
将上述初始磁芯在真空状态，450℃下保温30min，得到钴基非晶合金磁芯。在50kHz，400mT条件下检测钴基非晶合金磁芯的性能，检测结果如表2所示：
表2本实施例制备的钴基非晶合金磁芯的性能数据表
损耗W/Kg 矫顽力A/m 磁导率 矩形比
44.5 4.7 57000 98％
实施例3
根据本发明所采用的钴基磁芯制备方案，可采用以下步骤制作钴基磁芯：
按照各元素质量百分比为Co：77％，Fe：8％，Mo：3％，Si：9.5％，B：2.5％计算并称量适量的纯钴、钴硼合金、纯钼、硼铁、金属硅，利用中频感应炉将称量后的各种原材料熔炼为液态合金；
将上述液态合金在1450℃的条件下，经线速度为20～23m/s的冷却辊制得带厚为20～23μm的非晶薄带；
将上述非晶薄带剪切为10mm宽的带材，卷绕成截面积范围20mm2，磁路长度范围53.4mm的初始磁芯；
将上述初始磁芯在真空状态，460℃下保温60min，得到钴基非晶合金磁芯。在50kHz，400mT条件下检测钴基非晶合金磁芯的性能，检测结果如表3所示：
表3本实施例制备的钴基非晶合金磁芯的性能数据表
损耗W/Kg 矫顽力A/m 磁导率 矩形比
49.5 5.9 50000 95％
实施例4
根据本发明所采用的钴基磁芯制备方案，可采用以下步骤制作钴基磁芯：
按照各元素质量百分比为Co：74％，Fe：11％，Mo：3％，Si：9.5％，B：2.5％计算并称量适量的纯钴、钴硼合金、纯钼、硼铁、金属硅，利用中频感应炉将称量后的各种原材料熔炼为液态合金；
将上述液态合金在1450℃的条件下，经线速度为20～23m/s的冷却辊制得带厚为20～23μm的非晶薄带；
将上述非晶薄带剪切为15mm宽的带材，卷绕成截面积范围30mm2，磁路长度范围53.4mm的初始磁芯，将所述初始磁芯在真空状态，455℃下保温55min，得到钴基非晶合金磁芯。在50kHz，400mT条件下检测钴基非晶合金磁芯的性能，检测结果如表4所示：
表4本实施例制备的钴基非晶合金磁芯的性能数据表
损耗W/Kg 矫顽力A/m 磁导率 矩形比
49.1 4.5 52000 96％
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钴基非晶合金，包括：
2.根据权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，所述Co的含量为74wt％～81wt％。
3.根据权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，所述Fe的含量为4.5wt％～11.0wt％。
4.根据权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，所述钴基非晶合金包括80～81wt％的Co、4～5wt％的Fe、2.6～3.4wt％的Mo、9.1～9.9wt％的Si与2.1～2.8wt％的B。
5.根据权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，所述钴基非晶合金包括80.5wt％的Co、4.5wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
6.根据权利要求1所述的钴基非晶合金，其特征在于，所述钴基非晶合金包括74～77wt％的Co、8～11wt％的Fe、3wt％的Mo、9.5wt％的Si与2.5wt％的B。
7.一种钴基非晶合金带材的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材。
8.一种钴基非晶合金磁芯的制备方法，包括以下步骤：
将72wt％～81wt％的Co，4wt％～13wt％的Fe，2.5wt％～3.5wt％的Mo，9wt％～10wt％的Si与2wt％～3wt％的B的母合金熔炼，得到合金熔液；
将所述合金熔液采用单辊连铸法进行辊制，得到钴基非晶合金带材；
将所述钴基非晶合金带材剪切后绕制，得到初始磁芯；
将所述初始磁芯热处理，得到钴基非晶合金磁芯。
9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述合金熔液的温度为1350～1500℃，所述单辊连铸法的冷却辊的线速度为20～35m/s，所述钴基非晶合金带材的厚度为18～40μm，宽度为5～60mm。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述热处理在保护性气氛下进行，所述热处理的温度为400～460℃，保温的时间为10～60min。
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