CN108624823A - 一种电声器件用高性能导磁合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电声器件用高性能导磁合金及其制备方法。该合金的化学成分为：Co：20.0～40.0wt％，B：0.2～1.5wt％，Mn：0.10～0.25wt％，Zr：2.0～4.0wt％，Ni：0.2～1.0wt％，V：1.0～2.5wt％，Si≤0.15wt％，Cu≤0.2wt％，C≤0.01wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，余量为Fe。该合金通过如下步骤制备：成分配比、真空感应炉冶炼、真空自耗重熔、锻造加工、热处理。与现有技术相比，本发明在保持高饱和磁感应强度的前提下，增加了温度稳定性，使合金兼具高饱和和温度稳定性两大优点，从而该合金能够和永磁合金配合使用，提高磁场强度和温度稳定性，改善电声器件的声音强度和音质。

Description

一种电声器件用高性能导磁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于软磁合金领域，特别涉及一种电声器件用高性能导磁合金及其制备方法。
背景技术
软磁合金广泛应用于无线电电子工业、精密仪器仪表、遥控及自动控制系统中，其中的铁钴合金适合用于高饱和磁感材料和高性能软磁材料，但二元铁钴合金的力学性能不好，电阻率低，通过加入适量的铬、钒则可改善加工性能。例如，中国申请号为No.201510896915.X的发明专利申请公开了‘一种超高强度软磁合金带、其制备方法以及其制件的热处理方法’，该合金通过对合金成分和热处理的改进，提高了材料的力学性能，可满足新型飞机发电机等电力设备的使用要求。但是，对于电声器件，由于使用周期长，使用环境多种多样，同时使用过程中振动、发热等多种情况，对电声器件软磁合金的温度稳定性、抗振动冲击性提出了较高的要求，现有的导磁合金磁性能随温度变化会发生相应变化，-40～150℃会变化15％左右，这些磁性能的变化都会影响电声器件声音的稳定性和一致性，同时由于南方的天气较为潮湿，铁钴合金易发生表面氧化，从而改变材料的磁性能。导磁合金和永磁材料结合，产生出稳定可控的磁场，而软磁性能如磁导率和饱和磁感应强度直接影响最终的可控磁场，从而导致声强的变化。当温度变化时，导磁合金磁性能在-40～150℃会变化15％左右，从而导致声音强度的变化约为1dB，直接无法实现电声器件的一致性和稳定性。因此，软磁合金的高导磁、高导磁、高饱和直接决定了电声器件的稳定性和高性能。现有技术中，关于具有高饱和、高温度稳定性的铁钴基软磁合金，还未见报道。
发明内容
本发明的一个目的在于，提出一种高性能导磁合金，满足高性能导磁性能的同时兼顾温度和振动稳定性，可用于各种电声器件，从而提高磁场强度，改善电声器件的音质和响度。
本发明的另一目的在于，提供一种电声器件用高性能导磁合金的制备方法。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种用于电声器件用高性能导磁合金，该合金的化学成分按重量百分比为：Co：20.0～40.0wt％，B：0.2～1.5wt％，Mn：0.10～0.25wt％，Zr：2.0～4.0wt％，Ni：0.2～1.0wt％，V：1.0～2.5wt％，Si≤0.15wt％，Cu≤0.2wt％，C≤0.01wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，余量为Fe。
该合金的化学成分按重量百分比为：Co：36.19～38.48wt％，B：0.22～0.30wt％，Mn：0.15～0.21wt％，Zr：2.14～2.58wt％，Ni：0.49～0.62wt％，V：1.8～2.1wt％，Si：0.015～0.018wt％，Cu：0.04～0.05wt％，C：0.0023～0.0031wt％，P：0.003～0.0055wt％，S：0.0031～0.0041wt％，余量为Fe。
该合金具有以下性能：
饱和值磁感应强度Bs≥2.2T，最大磁导率μm≥5000Gs/Oe，在-40～+150℃温度区间范围内磁性能变化小于5％。
该合金与永磁合金配合使用，用于改善电声器件的声音强度和音质；所述永磁合金选自钕铁硼、钐钴、永磁铁氧体和铝镍钴合金。
一种用于电声器件用高性能导磁合金的制备方法，该方法包括如下步骤：成分配比、真空感应炉冶炼、真空自耗重熔、锻造加工、热处理。
在热处理步骤中采用高纯氢气保护，随炉升温至1100±10℃，保温3±0.5h，以100±10℃/h降温至850℃，保温1±0.2h，然后以30±5℃/h冷却到700±50℃，快冷至300±20℃以下出炉。
在真空感应冶炼和真空自耗重熔中，采用真空度小于0.2Pa。
所述热处理步骤是将晶粒尺寸在100μm以下的等轴晶的晶粒长大到500μm以上。
本发明的有益效果在于：
本发明与现有的铁钴钒软磁合金相比，在保持高饱和磁感应强度的前提下，增加了温度稳定性，使合金兼具高饱和和温度稳定性两大优点。即：饱和磁感应强度Bs≥2.2T，最大磁导率μm≥5000Gs/Oe，在-40～+150℃温度区间范围内磁性能的变化小于5％，从而该合金能够和永磁合金配合使用，提高磁场强度和温度稳定性，从而改善电声器件的声音强度和音质。使用过程中本发明的软磁合金和和永磁体结合成如图1所示的结构，由于软磁合金的磁导率远高于空气，因此大部分磁力线均被约束在软磁合金内部，在软磁合金间隙处将会形成较强磁场，该磁场的强度和稳定性直接决定电声器件的声强和稳定性。
本发明的合金成分中，通过B、Zr的加入改善强度和温度稳定性，B在基体中和Zr元素形成硼化物和复合硼化物，起到弥散强化作用，从而提高强度和高温稳定性。Mn、V的加入能和S、O、C、N等元素结合，减弱杂质元素对磁性及机械性能的影响。
该合金通过进一步热处理，消除材料内部缺陷，增大晶粒尺寸，使合金获得最大有序度。热处理前软磁合金为晶粒尺寸在100μm以下的等轴晶，经过高温热处理晶粒长大到500μm以上，阻碍磁畴转动的晶界大大减小。
该合金由多种铁磁性元素组成，各种铁磁元素通过一定比例配比形成高性能导磁合金。该合金能够和永磁合金组合使用，大大提高磁场强度，磁场强度比传统材料提高20％以上，在相同尺寸时，可提高电声器件的声音强度，在改善音质、提高响度以及电声器件小型化方面具有重要意义。
说明书附图
图1为本发明的电声器件的磁路示意图；
图2为本发明的合金经过热处理后，最大磁导率随温度变化曲线图；
图3为本发明的合金经过热处理后，磁感应强度随温度变化曲线图。
附图标记：
1软磁合金 2永磁体
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行进一步阐述。
一种电声器件用高性能导磁合金，该合金的化学成分重量百分比为Co：20.0～40.0wt％，B：0.2～1.5wt％，Mn：0.10～0.25wt％，Zr：2.0～4.0wt％，Ni：0.2～1.0wt％，V：1.0～2.5wt％，Si≤0.15wt％，Cu≤0.2wt％，C≤0.01wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，余量为Fe。
表1为上述合金的五个实施例的化学成分表(wt％)
编号 Co B Ni V Mn Zr Si Cu C P S Fe
实施例1 38.05 0.22 0.52 1.8 0.18 2.58 0.015 0.04 0.0023 0.0049 0.0031 余
实施例2 37.69 0.25 0.58 1.9 0.19 2.14 0.016 0.05 0.0027 0.0055 0.0040 余
实施例3 36.19 0.28 0.54 1.8 0.21 2.21 0.015 0.04 0.0028 0.0030 0.0035 余
实施例4 38.48 0.30 0.62 2.0 0.16 2.24 0.018 0.05 0.0031 0.0050 0.0041 余
实施例5 37.09 0.27 0.49 2.1 0.15 2.32 0.016 0.04 0.0024 0.0050 0.0035 余
表1
所用原材料均为纯度大于99.5％的原材料。在真空感应冶炼和真空自耗重熔冶炼合金中，真空度优于0.2Pa。
电声器件用高性能导磁合金的具体制备方法步骤如下：
a)用200kg真空感应炉提纯纯Fe、Co，去除其中的气体和C、S、P等杂质，经磨光去除金属Co和Fe的表面氧化层；
b)采用25kg真空感应炉和自耗电弧炉熔炼合金，真空度优于0.2Pa，熔炼过程中严格控制主合金元素的成分；
c)合金锭在空气加热炉中均匀化处理后锻造，先墩粗，后拔长；
d)对热锻后的钢棒进行取样，样品尺寸Φ40×Φ32×10mm的环形样品；
e)对试样进行热处理，高纯氢气保护，随炉升温至1100±10℃，保温3h，以100℃/h降温至850℃，保温1h，然后以30℃/h冷却到700℃，快冷至300℃以下出炉。
测试热处理后合金的不同温度下的磁性能。
如图2、图3所示，按照本发明成分设计、制备工艺及热处理制度可以制备兼具温度稳定性的高性能导磁合金，该合金具有饱和磁感应强度Bs≥2.2T，最大磁导率μm≥5000Gs/Oe，在-40～+150℃温度区间范围内磁性能变化小于5％。
该合金用于电声器件，提高声音强度，在改善音质、提高响度方面具有重要意义。

Claims (8)

1.一种用于电声器件用高性能导磁合金，其特征在于：
该合金的化学成分按重量百分比为：Co：20.0～40.0wt％，B：0.2～1.5wt％，Mn：0.10～0.25wt％，Zr：2.0～4.0wt％，Ni：0.2～1.0wt％，V：1.0～2.5wt％，Si≤0.15wt％，Cu≤0.2wt％，C≤0.01wt％，P≤0.01wt％，S≤0.01wt％，余量为Fe。
2.如权利要求1所述的用于电声器件用高性能导磁合金，其特征在于：
该合金的化学成分按重量百分比为：Co：36.19～38.48wt％，B：0.22～0.30wt％，Mn：0.15～0.21wt％，Zr：2.14～2.58wt％，Ni：0.49～0.62wt％，V：1.8～2.2wt％，Si：0.015～0.018wt％，Cu：0.04～0.05wt％，C：0.0023～0.0031wt％，P：0.003～0.0055wt％，S：0.0031～0.0041wt％，余量为Fe。
3.如权利要求1所述的用于电声器件用高性能导磁合金，其特征在于：该合金具有以下性能：
饱和值磁感应强度Bs≥2.2T，最大磁导率μm≥5000Gs/Oe，在-40～+150℃温度区间范围内磁性能变化小于5％。
4.如权利要求1所述的用于电声器件用高性能导磁合金，其特征在于：
该合金与永磁合金配合使用，用于改善电声器件的声音强度和音质；所述永磁合金选自钕铁硼、钐钴、永磁铁氧体和铝镍钴合金。
5.一种如权利要求1所述的用于电声器件用高性能导磁合金的制备方法，其特征在于：
该方法包括如下步骤：成分配比、真空感应炉冶炼、真空自耗重熔、锻造加工、热处理。
6.如权利要求4所述的用于电声器件用高性能导磁合金的制备方法，其特征在于：
在热处理步骤中采用高纯氢气保护，随炉升温至1100±10℃，保温3±0.5h，以100±10℃/h降温至850℃，保温1±0.2h，然后以30±5℃/h冷却到700±50℃，快冷至300±20℃以下出炉。
7.如权利要求4所述的用于电声器件用高性能导磁合金的制备方法，其特征在于：
在真空感应冶炼和真空自耗重熔中，采用真空度小于0.2Pa。
8.如权利要求4所述的用于电声器件用高性能导磁合金的制备方法，其特征在于：
所述热处理步骤是将晶粒尺寸在100μm以下的等轴晶的晶粒长大到500μm以上。
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