專利名稱：一種利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及非晶軟磁合金材料，具體涉及一種利用稀土元素改性的鐵硅硼軟磁非 晶絲材料。
背景技術(shù)：
非晶合金材料(又稱金屬玻璃)是一種無晶體原子結(jié)構(gòu)的合金。所謂無晶是指液 態(tài)金屬在急冷凝固過程中來不及結(jié)晶，其原子排列仍然保持液態(tài)金屬的長程無序狀態(tài)。由 于該合金中沒有晶粒和晶界，具有易于磁化的特點(diǎn)，因此，非晶合金的綜合軟磁性能明顯優(yōu) 于晶態(tài)軟磁材料。非晶軟磁合金材料是20世紀(jì)70年代問世的新型合金材料，1967年，Duwez 教授率先開發(fā)出了 Fe-P-C系非晶軟磁合金，帶動了第一個非晶合金研究開發(fā)熱潮。1979 年，美國Allied Signal公司開發(fā)出非晶合金寬帶的平面流鑄帶技術(shù)，并于1982年建成非 晶帶材連續(xù)生產(chǎn)廠，先后推出Fe基、Co基和FeNi基系列非晶合金帶材，標(biāo)志著非晶合金產(chǎn) 業(yè)化和商品化的開始。除美國之外，日本和德國在非晶合金應(yīng)用開發(fā)方面也擁有自己的特 色，主要應(yīng)用在電子和電力電子元件領(lǐng)域，例如高級音響磁頭、高頻電源(含開關(guān)電源)用 變壓器、扼流圈、磁放大器等。1980年，日本Hagiwara首先提出采用 內(nèi)圓水紡法制備非晶合 金絲材，隨后，日本的Unitika公司開始利用此法商業(yè)生產(chǎn)Fe基和Co基非晶絲，作為產(chǎn)業(yè) 化的軟磁材料，應(yīng)用重點(diǎn)集中在圖書館和超市用防盜標(biāo)簽。此外，利用非晶絲材各種獨(dú)特的 物理效應(yīng)開發(fā)各類高性能傳感器一直受到特別關(guān)注。尤其是最近在鉆基非晶絲材中發(fā)現(xiàn)巨 磁阻抗效應(yīng)以來，高精度磁敏傳感器的開發(fā)成為熱點(diǎn)。1999年，日本科學(xué)技術(shù)振興事業(yè)團(tuán)委 托名古屋大學(xué)和愛知鋼鐵公司聯(lián)合開發(fā)MI微型傳感器和專用集成電路芯片，目標(biāo)是將非 晶絲MI傳感器用于高速公路的汽車自動導(dǎo)航和安全監(jiān)測系統(tǒng)。在我國，對于有關(guān)鐵硅硼軟磁的非晶絲材料也同樣是研究熱點(diǎn)。20世紀(jì)80年，國 內(nèi)東北大學(xué)和包頭稀上研究院采用內(nèi)圓水紡法初步開展了非晶合金絲材的制備技術(shù)、材料 特性和應(yīng)用基礎(chǔ)研究，其中部分成果獲得應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，安泰科技股份有限公司開 始開發(fā)非晶合金絲材，在內(nèi)圓水紡非晶絲和玻璃包覆非晶絲的連續(xù)化制備技術(shù)方面取得突 破，并自主研制出高度自動化的中試生產(chǎn)設(shè)備取得成功。綜上所述，非晶軟磁合金材料是國民經(jīng)濟(jì)與國防工業(yè)的重要基礎(chǔ)材料，現(xiàn)有技術(shù) 中已經(jīng)先后出現(xiàn)Fe基、Co基和FeNi基系列非晶軟磁合金材料，其中鐵硅硼軟磁非晶絲已 經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是對于一般鐵基非晶材料來說，它的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度不太高，并且 還存在晶化傾向，導(dǎo)致它的溫度穩(wěn)定性也不太好，不能完全滿足高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、高溫度 穩(wěn)定性優(yōu)質(zhì)軟磁材料的需求。另一方面，常用的急冷法制備工藝生產(chǎn)的這類非晶合金，存在 著很大的內(nèi)應(yīng)力，穩(wěn)定性較弱，必須經(jīng)過一定的熱處理工藝，采用非晶晶化的方法改善其高 頻磁性能。在許多場合下鐵基非晶態(tài)合金只有退火后才能獲得優(yōu)良的軟磁性能，但是退火 后材料本身幾乎普遍存在脆化傾向。其主要原因是由于結(jié)構(gòu)弛豫導(dǎo)致自由體積能的減少、 元素的偏聚、相分離和晶化等，在不同溫度下材料晶化過程中，常常伴隨著晶粒尺寸長大， 材料塑性降低和脆性增加，限制了 Fe基非晶絲的大規(guī)模應(yīng)用，嚴(yán)重制約了非晶軟磁合金材料的發(fā)展。至今未見有關(guān)采用稀土元素(La、Pr、Ce)對鐵硅硼合金進(jìn)行改性的文獻(xiàn)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用多種稀土元素共同對 鐵硅硼合金進(jìn)行改性的鐵硅硼軟磁合金，從而有效改善了其磁性能和力學(xué)性能。本發(fā)明的目的通過以下方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，其組分中包括有鐵基或鈷基 或鎳基的鐵磁性材料，玻璃化元素硅和硼，其特征在于，其組分中還包括有微量稀土元素鑭 La、鐠Pr和鈰Ce混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77%，玻璃化元素硅占合金總重量7-9%，玻璃化元素硼占合金總重量14-16%，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-0.3%。在上述微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1 1 1。將上述本發(fā)明的利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金制備纖維材料的方法， 可以首先將各組分原料共同放入熔化爐內(nèi)熔煉鑄成母合金錠，然后放入真空感應(yīng)快淬爐內(nèi) 進(jìn)行熔煉，達(dá)到過熱度(1200-130(TC)后充入氮?dú)?，在氮?dú)鈿夥毡Ｗo(hù)下采用快淬成絲工藝， 得到穩(wěn)定非晶態(tài)組織的鐵基金屬纖維。本發(fā)明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，在其組分中增加了多元稀土 元素鑭La、鐠Pr、鈰Ce，有效改善了其磁性能和力學(xué)性能。由于稀土元素的原子半徑不同 于Fe、Si、B的原子半徑，在隨機(jī)堆積中微量的稀土元素的原子可使非晶合金的堆積結(jié)構(gòu)致 密，阻止其晶化傾向，并可促進(jìn)非晶形成，同時由于稀土元素能和合金中的其它元素形成穩(wěn) 定的化合物，特別是它們能與硼形成高熔點(diǎn)稀土的硼化物，能明顯提高其晶化溫度，從而穩(wěn) 定了非晶體結(jié)構(gòu)，降低了合金的飽和磁致伸縮系數(shù)，有效改善了合金的高頻磁性能。本發(fā)明的利用稀土元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金，具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁通、 低矯頑力、低鐵損、頻散特性好等優(yōu)點(diǎn)；用本合金的纖維產(chǎn)品生產(chǎn)的磁電傳感器，性能穩(wěn)定、 可靠、耐用，并且有脈沖尖銳、無顫動、自濾雜波和微型的特點(diǎn)，能由于車輛用非接觸式磁電 傳感器中，也可應(yīng)用于制備磁場、速度、位移、應(yīng)力、位置傳感器等各類力敏傳感器、磁敏傳 感器中，具有十分廣闊的市場應(yīng)用前景。下面通過實(shí)施例做進(jìn)一步描述。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1將各組分原料共同放入熔化爐內(nèi)，用常規(guī)熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鐵基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 7% ；玻璃化元素硅占合金總重量8% ；玻璃化元素硼占合金總重量15% ；微量稀土元 素混合物占合金總重量0. 3%0然后從所得合金錠取樣測試其有關(guān)性能，并與未加入微量稀 土元素混合物的普通的非晶鐵硅硼軟磁合金做比較，結(jié)果如表1，從表1可以看出，經(jīng)稀土改性非晶鐵硅硼軟磁合金的各項(xiàng)性能都明顯優(yōu)于普通的非晶鐵硅硼軟磁合金。實(shí)施例2將各組分原料共同放入熔化爐內(nèi)，用常規(guī)熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鐵基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 9% ；玻璃化元素硅占合金總重量9% ；玻璃化元素硼占合金總重量14% ；微量稀土 元素混合物占合金總重量0. 1%。然后從所得合金錠上取樣測試其有關(guān)性能，結(jié)果如下飽 和磁感Bs(T)為1.6 ；矯頑力(A/m)為2，最大磁導(dǎo)率μ為200，000，鐵損(W/Kg)p50hz為 0. 12，電阻率(mw-cm) 130。實(shí)施例3將各組分原料共同放入熔化爐內(nèi)，用常規(guī)熔煉方法熔化冶煉，并澆鑄成具有稀土 元素改性的非晶鐵硅硼軟磁合金錠，各組分的含量分別是鈷基的鐵磁性材料占合金總重 量76. 8% ；玻璃化元素硅占合金總重量7% ；玻璃化元素硼占合金總重量1 6% ；微量稀土 元素混合物占合金總重量0.2%。然后從所得合金錠上取樣測試其有關(guān)性能，結(jié)果如下飽 和磁感Bs(T)為0. 75 ；矯頑力(A/m)為1. 2 ；最 大磁導(dǎo)率μ為400，000 ；單位損耗(W/Kg) P1/400 為 1. 5。以上三實(shí)施例中，所用鐵磁性材料、玻璃化元素及微量稀土元素混合物均直接從 市場購得，所使用的熔煉爐和熔煉普通非晶鐵硅硼軟磁合金爐相同。表 權(quán)利要求
一種利用稀土元素改性的鐵硅硼非晶軟磁合金，其組分中包括有鐵基或鈷基或鎳基的鐵磁性材料，玻璃化元素硅和硼，其特征在于，其組分中還包括有微量稀土元素鑭La、鐠Pr和鈰Ce的混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77％，玻璃化元素硅占合金總重量79％，玻璃化元素硼占合金總重量14-16％，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-0.3％，在上述微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1∶1∶1。
全文摘要
本發(fā)明涉及非晶軟磁合金材料，具體涉及利用稀土元素改性的鐵硅硼軟磁非晶絲材料。在該合金組分中包括有鐵基或鈷基或鎳基的鐵磁性材料、玻璃化元素硅和硼以及微量稀土元素鑭、鐠和鈰混合物，它們的含量分別為鐵磁性材料占合金總重量76-77％，玻璃化元素硅占合金總重量79％，玻璃化元素硼占合金總重量14-16％，微量稀土元素混合物占合金總重量0.1-10.3％，在其微量稀土元素混合物中，鑭、鐠和鈰各元素的原子比為1∶1∶1。本發(fā)明的合金在其組分中增加了多元稀土元素，有效改善了磁性能和力學(xué)性能，具有高磁導(dǎo)率、高飽和磁通、低矯頑力、低鐵損、頻散特性好等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H01F1/153GK101847483SQ20101018014
公開日2010年9月29日 申請日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者俞葵, 吳昌業(yè), 昝向明 申請人:銅陵晶德創(chuàng)電子材料科技有限公司