CN108624823B - 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
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。
附图说明
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%)
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5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5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5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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