CN107904508B

CN107904508B - 一种合金带材料及其制备方法

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Publication number: CN107904508B
Application number: CN201711137896.8A
Authority: CN
Inventors: 蒋晓龙; 董英华; 陶昭灵; 赵浩峰
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Suzhou Yuange Electronic Co Ltd
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2037-11-16
Also published as: CN107904508A

Abstract

本发明公开了一种合金带材料及其制备方法，其成分按照重量百分含量包括Cd4‑8％、Cu 2‑5％、In 0.2‑0.6％、Si 0.6‑0.9％、B 2‑4％、P 0.09‑0.12％、La 0.01‑0.05％、Au 0.001‑0.005％、Fe余量。本发明所得产品具有优异软磁性能。制备中不用重稀土元素，所用稀有元素微量，其它原料成本较低；另外制备过种中合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，保证了合金的质量。该合金带材料制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明制备的材料可以应用于信息、通讯等领域的磁性器件。

Description

一种合金带材料及其制备方法

技术领域

本发明属于功能领域，具体涉及一种合金带材料及其制备方法。

背景技术

合金带是在弱磁场中具有高的磁导率及低的矫顽力的一类合金。其磁滞回线面积小而窄，矫顽力一般低于800A/m，电阻率高，涡流损耗小，导磁率高，饱和磁感高。这类带材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，综合起来主要用于能量转换和信息处理两大方面，是国民经济中的一种重要材料。

专利(CN201610881554.6)公开了一种基于大塑性高硅的软磁合金条带。所述软磁合金条带的组分表达式为：Fe_xSi_aB_b，其中x、a、b为wt％，4≤a≤8、0.001≤b≤2，且x+a+b＝100％。具体采用了多缝喷嘴、温辊冷却的平面流铸造法制带,制备的软磁合金条带带宽为5～200mm，带厚为0.02～0.2mm，叠片系数大于0.9，饱和磁通密度大于1.8T。但是，综合性能并不高。

发明内容

本发明的目的就是针对上述技术缺陷，提供一种合金带材料，该材料具有热稳定性好，且具有良好的磁性能。

本发明的另一目的是提供上述合金带材料制备方法，该制备方法工艺简单，生产成本低，适于工业化生产。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提供一种合金带材料，其成分按照重量百分含量包括Cd 4-8％、Cu 2-5％、In 0.2-0.6％、Si 0.6-0.9％、B 2-4％、P 0.09-0.12％、La 0.01-0.05％、Au 0.001-0.005％、Fe余量。

优选方案：Cd 8％、Cu 5％、In 0.6％、Si 0.9％、B 4％、P 0.12％、La0.05％、Au0.005％、Fe余量。

本发明还提供一种合金带材料的制备方法，具体过程如下：

(1)首先配制熔盐：按MgCl₂、NaCl、NaF、CsF的摩尔比为0.5：1：3：0.1-0.3称取各组元，加入占熔盐介质10-15％(质量分数)的粉状SiO₂，研磨混匀待用；

(2)然后按照重量百分含量为Cd4-8％、Cu 2-5％、In 0.2-0.6％、Si 0.6-0.9％、B2-4％、P 0.09-0.12％、La 0.01-0.05％、Au 0.001-0.005％、Fe余量的合金成分进行配料，B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；P以磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为25％；

(3)将步骤(2)所述合金原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1480～1500℃，得到母合金，然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1500～1520℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5～1.8个大气压；重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处，当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压力下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带重熔管式坩埚内径为12～14mm，高度为250～280mm，重熔管式坩埚底部的通孔孔径为1～1.5mm。

(4)将步骤(1)所述熔盐试样装入石墨坩埚熔池，通入氩气，开始升温。阴极为含4.5％Si的硅钢，厚度为3-5mm；当炉温达到650-730℃时，恒温20min(这个温度使熔盐成为一定粘度的液体，改善了熔池中原子运动的动力学条件)，将合金带开始浸入熔盐。接通直流电源，采用脉冲给电，控制平均电流密度为60mA/cm²。合金带在熔盐中匀速运动，行进速度为0.05-0.09m/min。保持合金带每点在熔盐中停留时间为25-35分钟(保证了熔池中原子扩散的时间)。当从熔盐中提出合金带后，便由收带机将合金带收带成卷。然后将合金带置于液氮气氛中进行低温处理，温度为-150℃～-130℃，保温20～30分钟(保证了合金带内部组织的稳定性)；然后放置在室温条件下静置2～3小时；再置于100～150℃条件下，保温2～4小时，然后随炉冷却至室温，即得到合金带材料。

进一步地，步骤(1)中所述MgCl₂、NaCl、NaF、CsF和SiO₂试剂均为分析纯，先将各试剂在200℃烘干8h待用。

进一步地，步骤(1)中所述SiO₂的粉状颗粒大小在270-300目。

进一步地，步骤(2)中所述原料中Cd、Cu、In、La、Au、Fe的纯度均大于99.9％。进一步地，步骤(3)中所述转轮旋转线速度为24～26m/s；所得合金带的厚度为200～350μm，宽度为3～5mm。

本发明与现有技术相比意想不到的有益效果是：

1、In、Au和B共同作用可提高非晶形成能力。Si、P和La可以阻止热处理中晶粒得长大，细化了晶粒，从而提高了电阻率，降低了损耗。第二过渡系Cd，可有效抑制晶粒的长大，利于获得较细小均匀的晶粒组织，同时可改善磁体的热稳定性。第一过渡系的Cu抑制了晶粒交汇处颗粒的长大,细化了晶粒，因此就抑制了它们周围杂散场的增强,进而提高了磁性能。

2、本发明合金在凝固中，采用快速冷却、低温深冷、室温静置、热处理和合金化结合的方式，既有效减小合金中的相尺寸，保证材料中化学成分的均匀分布，保证了合金的磁性能，也通过梯度处理大大降低了快速冷却造成的内应力，也保证了合金的力学性能。

3、本发明所得产品具有优异软磁性能。制备中不用重稀土元素，所用稀有元素微量，其它原料成本较低；另外制备过种中合金经过快速冷却，保证了合金成分、组织和性能的均匀性，保证了合金的质量。

4、该合金制备工艺简便，过程简单，生产的合金具有良好的性能，非常便于工业化生产。本发明制备的材料可以应用于信息、通讯等领域的磁性器件。

附图说明

图1为本发明制备的合金带材料的组织图。

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明的内容。

实施例3

一种合金带材料，其成分按照重量百分含量包括Cd 6％、Cu 3％、In0.4％、Si0.7％、B 3％、P 0.11％、La 0.03％、Au 0.003％、Fe余量。

上述合金带材料的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)首先配制熔盐：按MgCl₂、NaCl、NaF、CsF的摩尔比为0.5：1：3：0.2称取各组元，加入占熔盐介质12％(质量分数)的粉状SiO₂，研磨混匀待用；

(2)然后按照重量百分含量为Cd 6％、Cu 3％、In0.4％、Si0.7％、B 3％、P0.11％、La 0.03％、Au 0.003％、Fe余量合金成分进行配料，B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；P以磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为25％；

(3)将原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1490℃，得到母合金，然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1510℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.6个大气压；重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上3mm处，当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压力下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带重熔管式坩埚内径为13mm，高度为260mm，重熔管式坩埚底部的通孔孔径为1mm。转轮旋转线速度为25m/s；所得合金带的厚度为260μm，宽度为4mm；

(4)将熔盐试样装入石墨坩埚熔池，通入氩气，开始升温。阴极为含4.5％Si的硅钢，厚度为4mm；当炉温达到690℃时，恒温20min，将合金带开始浸入熔盐。接通直流电源，采用脉冲给电，控制平均电流密度为60mA/cm2。合金带在熔盐中匀速运动，行进速度为0.07m/min。保持合金带每点在熔盐中停留时间为29分钟。当从熔盐中提出合金带后，便由收带机将合金带收带成卷。然后将合金带置于液氮气氛中进行低温处理，温度为-140℃，保温25分钟；然后放置在室温条件下静置2小时；再置于125℃条件下，保温3小时，然后随炉冷却至室温，即得到合金带材料。如图1所示可以看到组织均匀致密。

实施例1/2/4/5的制备方法过程同实施例3，合金比例如表1所示。

本发明的实施例1～5制备的合金带材料的性能如表1。

表1

Claims

1.一种合金带材料的制备方法，其特征在于，具体过程如下：

（1）配制熔盐：按 MgCl₂、NaCl、NaF、CsF 的摩尔比为0.5：1：3：0.1-0.3称取各组元，加入占熔盐介质 10-15wt%的粉状SiO₂，研磨混匀待用；

（2）合金原料制备：按照重量百分含量为Cd 4-8％、Cu 2-5％、In 0.2-0.6％、Si 0.6-0.9％、B 2- 4％、 P 0.09-0.12％、La 0.01-0.05％、Au 0.001-0.005％、Fe余量的合金成分进行配料，B以硼铁合金形式加入，其中B的重量百分含量为24％；P以磷铁合金形式加入，其中P的重量百分含量为25％；

（3）将步骤（2）所述合金原料放入真空感应炉中熔炼，熔炼温度为1480～1500℃，得到母合金，然后放入真空感应成型炉内的重熔管式坩埚中进行重熔，重熔温度为1500～1520℃；重熔管式坩埚底部设有通孔，重熔管式坩埚上部经阀门连接氮气系统，氮气系统的压力为1.5～1.8个大气压；重熔管式坩埚的底部置于成型炉转轮轮缘之上2～4mm处，当母合金熔化后，打开重熔管式坩埚上部的阀门，熔融母合金在氮气压力下从坩埚底部的通孔中喷向旋转的成型炉转轮轮缘，形成连续的合金带，重熔管式坩埚内径为12～14mm，高度为250～280mm，重熔管式坩埚底部的通孔孔径为1～1.5mm；所述转轮旋转线速度为24～26m/s；所得合金带的厚度为200～350μm，宽度为3～5mm；

（4）将步骤（1）所述熔盐试样装入石墨坩埚熔池，通入氩气，开始升温；阴极为含4.5%Si的硅钢，厚度为3-5mm；当炉温达到650-730 ℃时，恒温 20 min，将合金带开始浸入熔盐；接通直流电源，采用脉冲给电，控制平均电流密度为 60 mA/cm²；合金带在熔盐中匀速运动，行进速度为0.05-0.09m/min；保持合金带每点在熔盐中停留时间为25-35分钟；当从熔盐中提出合金带后，便由收带机将合金带收带成卷；然后将合金带置于液氮气氛中进行低温处理，温度为-150℃～-130℃，保温20～30分钟；然后放置在室温条件下静置2～3小时；再置于100～150℃条件下，保温2～4小时，然后随炉冷却至室温，即得到合金带材料。

2.根据权利要求1所述的合金带材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述 MgCl₂、NaCl、NaF、CsF 和 SiO₂试剂均为分析纯，先将各试剂在 200 ℃烘干 8 h待用。

3.根据权利要求1所述的合金带材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述SiO₂的粉状颗粒大小在270-300目。

4.根据权利要求1所述的合金带材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中所述合金原料中Cd、Cu、In、La、Au、Fe的纯度均大于99.9％。