CN111074091B - 一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材及其加工方法 - Google Patents

Abstract

一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材及其加工方法，属于永磁合金技术领域。合金成分质量分数％为：将Ni含量控制在15～25、Fe含量控制在5～15，其余为Cu及不可避免夹杂物。加工方法包括真空感应炉冶炼、热加工、冷加工、成品热处理。优点在于，该合金相较于传统铜镍铁系永磁合金冷轧带材，具有材料组织均匀性好、致密度和纯净度高、内部缺陷少的特点，且生产流程短、经济性好，同时该合金具有较优异的磁性能，可满足某些在特定领域环境下应用的电磁器件使用需求。

Description

一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材及其加工方法

技术领域

本发明属于永磁合金技术领域，特别是涉及一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材及其加工方法。

背景技术

永磁合金指在开路状态下能长期保留较高剩磁的合金，和软磁合金相比具有磁滞回线宽、矫顽力Hc高的特点(Hc≥20kA/m)，常应用于永磁电机、磁电式仪器仪表和传感器等设备中。目前常见的可变形永磁合金主要有铁铬钴系、铁镍铬系、铁钴钒系和铜镍铁系等合金。铁铬钴系和铁钴钒系合金具有较优异的冷加工及热加工性能，同时在可变性永磁合金系中具有较优异的磁性能，但由于合金中含有钴元素，其价格昂贵，使其成本较高，且铁铬钴系合金需采用多级回火处理，热处理工艺较复杂。铁镍铬系合金兼具良好的加工性能和经济性，但其磁性能偏低。铜镍铁系合金尽管其磁性能略低于铁铬钴和铁钴钒系合金，但其具有良好的可加工性能及经济性，同时其热处理工艺简单，近些年已得到广泛关注。传统的铜镍铁系合金成分为(质量分数％)：Cu60、Fe20、Ni20，其基本的磁学性能如下：Hc＝36～40kA/m(450～500Oe)，Br＝0.50～0.55T(5000～5500Gs)。国内有学者申请过关于改善铜镍铁系可变形永磁合金热加工性能的专利，即在铜镍铁系合金中添加少量Cr元素，改善合金热加工性及磁性能，如公开号CN107099695A，通过配方调整(质量分数％)Cu：66～75、Fe：7～10、Ni：15～20、Cr：1～5，制成厚度0.1～0.3mm合金薄带，获得Hc＝730Oe(58.4kA/m)永磁合金带材，该专利较传统Cu₆₀Ni₂₀Fe₂₀铜镍铁系永磁合金成分进行了较大调整，其加工性能得到明显改善，且Hc得到进一步提高，但该成品采用热轧加工，带材成品表面易发生氧化。如公开号CN109913690A，通过配方调整(质量分数％)Cu：57～65、Fe：16～25、Ni：16～25、冷拉制成丝材，但该专利未涉及冷轧带材产品。国外发明专利中，有日本学者先前曾申请相关专利，如公开号JP2004292846A，通过配方调整(质量分数％)Ni：5～25、Fe：5～25、余Cu，冷轧制成0.15mm冷带，但该专利坯料采用粉末烧结制备，成品存在组织均匀性差、致密度和纯净度低、内部缺陷多等问题，且该方法生产周期长，不具备良好的经济性。

综上所述，目前国内外还不存在采用传统冶炼、热加工和冷加工的方法制备出的铜镍铁系永磁合金冷轧带材。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材及其加工方法，克服了坯料采用粉末烧结制备，成品存在组织均匀性差、致密度和纯净度低、内部缺陷多等问题。使该铜镍铁系永磁合金冷轧带材合金组织结构致密、内部缺陷少、纯净度高，同时生产流程短、经济性好，且具有良好的磁性能。

本发明的设计指导思想：以铜、镍、铁元素为基本化学成分，通过调整不同元素成分范围，并选择合理的热加工、冷加工及热处理工艺，使其磁性能达到如下水平：矫顽力Hc＝55～65kA/m，剩磁Br＝0.15～0.2T。矩形比S＝0.75～0.85。

本发明涉及的合金成分(质量分数％)设计方案为：将Ni含量控制在15～25、Fe含量控制在5～15，其余为Cu及不可避免夹杂物。

本发明合金的制造方法为：

冶炼方法：真空感应炉冶炼；

热加工方式：合金经锻造和热轧加工后获得所需尺寸的带坯，锻造和热轧加热温度800～1100℃，保温时间1～5h，加工过程中冷速不得高于200℃/h，加工后以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温。随后对带坯表面氧化皮进行修磨；

冷加工方式：对热加工后的带坯冷轧加工至成品，冷轧成品变形量90％-98％。如需中间连续炉退火，则退火在H₂气氛下进行，退火温度800～1100℃，走带速度0.5～2m/min，以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温；

成品热处理：在H₂气氛下进行热处理，回火温度550～650℃，保温时间1～2h，以600℃/h-800℃/h冷速冷却至室温。其磁性能可达到：矫顽力Hc＝55～65kA/m，剩磁Br＝0.15～0.2T，矩形比S＝0.75～0.85；

本发明合金与现有技术相比所具有的优点为：

(1)材料组织均匀、致密度高、内部缺陷少、纯净度高；

(2)生产流程短、经济性好；

(3)该合金具有较优异的磁性能、更高的矫顽力和矩形比，可满足用于现代化传感器和仪器仪表上的永磁器件使用需求。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

实施例1：化学成分：Ni20％、Fe10％、余Cu及不可避免夹杂。采用真空感应炉冶炼，经常规热加工制成厚度5.0mm带材。表面修磨后，经96％冷加工变形量轧至厚度0.2mm成品。成品在H₂气氛下进行热处理，得到的合金磁性能为：

Hc＝60kA/m；Br＝0.15T；S＝0.8。

实施例2：化学成分：Ni20％、Fe10％、余Cu及不可避免夹杂。采用真空感应炉冶炼，经常规热加工制成厚度5.5mm带材。表面修磨后冷轧加工至厚度4.0mm带材，对其进行中间退火，退火工艺为1100℃×1m/min，随后经98％冷加工变形量轧至厚度0.1mm成品。成品在H₂气氛下进行热处理，得到的合金磁性能为：

Hc＝65kA/m；Br＝0.2T；S＝0.85。

实施例3：化学成分：Ni14％、Fe6％、余Cu及不可避免夹杂。采用真空感应炉冶炼，经常规热加工制成厚度5.0mm带材。表面修磨后，经90％冷加工变形量轧至厚度0.5mm成品。成品在H₂气氛下进行热处理，得到的合金磁性能为：

Hc＝55kA/m；Br＝0.18T；S＝0.80。

实施例4：化学成分：Ni14％、Fe6％、余Cu及不可避免夹杂。采用真空感应炉冶炼，经常规热加工制成厚度5.5mm带材。表面修磨后冷轧加工至厚度4.0mm带材，对其进行中间退火，退火工艺为900℃×2m/min，随后经93％冷加工变形量轧至厚度0.3mm成品。成品在H₂气氛下进行热处理，得到的合金磁性能为：

Hc＝58kA/m；Br＝0.15T；S＝0.75。

Claims (2)

1.一种铜镍铁系永磁合金冷轧带材，其特征在于：成分质量分数％为：Ni含量控制在15～25、Fe含量控制在5～15，其余为Cu及不可避免夹杂物；

该铜镍铁系永磁合金冷轧带材的制备的工艺步骤及控制的技术参数如下：

1)该合金冷轧带材采用真空冶炼、锻造、热轧加工至所需尺寸带坯，锻造和热轧加热温度800～1100℃，保温时间1～5h，加工时冷速不得高于200℃/h，加工后以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温； 锻造和热轧后需对坯料表面氧化皮进行修磨；

2)对步骤1)得到的冷带坯进行冷轧加工，成品轧制变形量90％-98％，中间连续炉退火在H₂气氛下进行，退火温度800～1100℃，走带速度0.5～2m/min，以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温；

3)由步骤2)得到的冷轧带材成品，在H₂气氛下进行回火，回火温度550～650℃，保温时间1～2h，以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温，经此工艺热处理后，其磁性能为：矫顽力Hc＝55～65kA/m，剩磁Br＝0.15～0.2T，矩形比S＝0.75～0.85。

2.一种权利要求1所述的铜镍铁系永磁合金冷轧带材的制备方法，其特征在于，工艺步骤及控制的技术参数如下：

1)该合金冷轧带材采用真空冶炼、锻造、热轧加工至所需尺寸带坯，锻造和热轧加热温度800～1100℃，保温时间1～5h，加工时冷速不得高于200℃/h，加工后以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温； 锻造和热轧后需对坯料表面氧化皮进行修磨；

2)对步骤1)得到的冷带坯进行冷轧加工，成品轧制变形量90％-98％，中间连续炉退火在H₂气氛下进行，退火温度800～1100℃，走带速度0.5～2m/min，以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温；

3)由步骤2)得到的冷轧带材成品，在H₂气氛下进行回火，回火温度550～650℃，保温时间1～2h，以600℃/h-800℃/h的冷速冷却至室温，经此工艺热处理后，其磁性能为：矫顽力Hc＝55～65kA/m，剩磁Br＝0.15～0.2T，矩形比S＝0.75～0.85。