一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金的製作方法

2023-04-26 11:59:16 1

專利名稱：：一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種高溫軟磁合金材料，更特別地說，是指一種具有高硬度的軟磁合金Fe44—xCo44Zr7B5Mox。
背景技術：
：軟磁材料是指剩磁(Mr)和矯頑力(Hc)均很小的鐵磁材料。該材料的特點是易磁化、易去磁且磁滯回線較窄，常用來製作電機、變壓器、電磁鐵等電器的鐵心。鐵鈷基軟磁合金與鐵基、鐵矽基的軟磁合金相比，具有居裡溫度高的優點，因此它解決了鐵基、鐵矽基的軟磁合金只能在低溫下應用的限制。鐵鈷基軟磁材料具有高磁導率、高飽和磁通、低矯頑力、低鐵損等優點，但由於其強度及韌性較低，其應用主要限制在條帶形式，而難於廣泛應用。而航空航天領域中常用的電機材料要求既有良好的軟磁性能，同時兼具一定的強度及硬度，以滿足其特殊的服役環境。目前所研究的F^Cc^Z&B5合金，其性能如矯頑力達到37.90e，顯微硬度為197.04Hv。.。5，但是距離航空航天領域中常用電機材料的性能要求還相差很多，因此急需新的材料來替代現有材料。
發明內容本發明的目的是提出一種軟磁Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金，該軟磁合金通過在Fe^Cc^Z&B5的基礎上添加Mo元素，提高了合金的力學性能，使得軟磁Fe44-xC044Zr7B5M0x合金在航空航天電機鐵心材料上的應用領域更廣，有效地解決航空航天電機材料的應用受其力學性能限制的問題。本發明提供的Fe^Cc^ZrAMOx合金，其中0〈x〈3，當x二0.5、1、1.5或者2時，所述的軟磁合金分別是Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5或Fe^Co^Z&BsMch或FG42.5Co44Zr7B5MoL5或Fe42Co44Zr7B5Mo2。本發明軟磁Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金的優點在於(l)通過粉末冶金的製備方法，適量的Mo元素可以使得Fe^—xC044Z&B5M0x合金的矯頑力減少至26.90e，軟磁性能較好；(2)通過加入一定量的Mo元素，在適當的溫度下燒結後，本合金的顯微硬度大幅提高至341.66Hv。.。5，具有較高的硬度；(3)軟磁Fe44-xC044Zr7B5M0x合金採用粉末冶金法製備，其工藝簡單，成型能力好，可製備出各種形狀兼具軟磁性能和機械性能的器件，滿足航空航天領域的需求。圖1是？643.50)4421^5^/圖3是Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金1000115(TC燒結後的顯微硬度；圖4是Fe^Cc^ZrAMOx合金中添加Mo元素原子百分比對合金壓縮強度的影響曲線；圖5是Fe44-xCo44Zr7B5M0x合金中添加Mo元素原子百分比對合金應變值影響曲線具體實施例方式下面將結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明。本發明是一種具有高硬度的軟磁Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金，Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金中X為0<x<3，其製備步驟有第一步按Fe格xC044Zr7B5M0x原子百分比稱取純度99.99X的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5%的鋯Zr、純度99.99%的鉬Mo和含硼20%的硼鐵合金；第二步合金熔煉；將第一步配製好的Fe-Co-Zr-B-Mo原料用電弧爐熔煉製成鑄錠，熔煉條件為真空度低於6X10-4Pa，加熱電流200士20A;第三步甩帶；將第二步熔煉好的合金鑄錠放入單輥甩帶機中，調節單輥的旋轉轉速6570m/s製得非晶條帶；第四步晶化熱處理；將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至52060(TC，保溫60120min，隨爐冷卻；第五步球磨；將晶化熱處理後的非晶條帶放入不鏽鋼球磨罐內，加入軸承鋼製的鋼球(球料比約為6:1)，並加入具有易揮發性且不與合金反應的液體中球磨2小時，得到粒徑約為10iim的粉體；所述的液體為無水乙醇或者丙酮。第六步壓製成型；將粉體裝入模具中進行壓製成形，加壓大小為600900MPa，並保壓1小時以上，得到生坯；第七步燒結將第六步壓制好的生坯放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至10001150°C，保溫60min，然後隨爐冷卻，即可得到軟磁Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金。實施例1:製備Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5合金。第一步按Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5合金原子百分比稱取純度99.99%的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5%的鋯Zr、純度99.99%的鉬Mo和含硼20%的硼鐵合金；第二步合金熔煉；將第一步配製好的Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5合金原料用電弧爐(北京物科光電WS-6)熔煉製成鑄錠，熔煉條件為加熱電流200A;熔煉後的鑄錠進行清洗和乾燥處理。第三步甩帶；將第二步熔煉好的合金鑄錠放入單輥甩帶機(HVDS-II)中的石英管內，調節單輥的旋轉轉速65m/s，製得非晶條帶；第四步晶化熱處理；將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至55(TC，保溫60min後隨爐冷卻；第五步球磨；將晶化熱處理後的非晶條帶放入不鏽鋼球磨罐內，加入軸承鋼製的鋼球(球料比為6:1)，並加入無水乙醇球磨2小時，得到粒徑小於10iim的粉體。第六步壓製成型；將上述粉體裝入模具中進行壓製成形，採用手動壓片機加壓為600MPa，並保壓l小時，得到生坯；第七步燒結；將第六步壓制好的生坯放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至IIO(TC，保溫60min，然後隨爐冷卻，即得到軟磁Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5合金。將經上述方法製備得到的Fe43.5Co44Zr7B5Moa5軟磁合金進行性能測試如下在圖1中，非晶條帶淬態(as-spun)的X射線衍射峰為漫散峰，表明Fe^Cc^Z&B5Mc^軟磁合金製備態條帶的結構為非晶態結構；550°C晶化熱處理後的X射線三個衍射峰分別對應a-FeCo相bcc結構的三強峰(llO)、(200)、(211);經過IIO(TC燒結後的X射線衍射峰除了包含a-FeCo相bcc結構的三強峰，還包括在IIO(TC燒結時析出的Cc^Zre和其他(Fe，Co)-Zr化合物，這類析出物產生固溶強化的作用，使得合金的力學性能得到有效提高。從圖2中可以看出，在IIO(TC燒結後，？643.50)4421"785^/第二步合金熔煉；將第一步配製好的Fe43Co44Zr7B5M0l合金原料用電弧爐(北京物科光電WS-6)熔煉製成鑄錠，熔煉條件為加熱電流220A;熔煉後的鑄錠進行清洗和乾燥處理。第三步甩帶；將第二步熔煉好的合金鑄錠放入單輥甩帶機(HVDS-II)中的石英管內，調節單輥的旋轉轉速65m/s，製得非晶條帶；第四步晶化熱處理將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10—3Pa，升溫至60(TC，保溫120min後隨爐冷卻；第五步球磨將晶化熱處理後的非晶條帶放入不鏽鋼球磨罐內，加入軸承鋼製的鋼球(球料比5為6:1)，並加入丙酮球磨2小時，得到粒徑小於lOym的粉體。第六步壓製成型將上述粉體裝入模具中進行壓製成形，採用手動冷等靜壓片機加壓900MPa，並保壓1.5小時，得到生坯；第七步燒結將第六步壓制好的生坯放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至1150°C，保溫60min，然後隨爐冷卻，即得到軟磁Fe43Co44Zr7B5M0l合金。如圖2所示，採用上述的粉末冶金方法製備的Fe43C044Zr7B5M0l合金具有矯頑力為62.90e，圖3中顯微硬度為253Hv。.。5。合金的顯微硬度較Fe44Co44Zr7B5合金相比有很大提高。採用與實施例1和實施例2相同的步驟，在不同的燒結溫度下分別對下述的幾種合金進行的性能測試，結果如表1、表2所示表1不同組份Mo摻雜的FeCo基軟磁A會在不同溫度下燒結後的矯頑力(Oe):tableseeoriginaldocumentpage6表2不同組份Mo摻雜的FeCo基軟磁合金在不同溫度下燒結後的顯微硬度(Hva。5):tableseeoriginaldocumentpage6在圖2中，使用上述的粉末冶金方法製備出來的Fe44-xCo44Zr7B5M0x軟磁合金的矯頑力為20lOOOe，從圖中可以看出，當加入Mo元素的原子百分比為1%時，合金矯頑力為92.570e;當加入原子百分比為0.5%的Mo元素後，能使Fe44—xCo44Zr7B5Mox合金的矯頑力明顯降低，並且在115(TC燒結狀態下的矯頑力達到最小值為26.90e，低於Fe44Co44Zr7B5合金的矯頑力。在圖3中可以看出，Fe^C044Zr7BsM0x軟磁合金的顯微硬度大約在200350Hv,之間，隨著Mo元素含量的增加和燒結溫度的提高，本合金的顯微硬度顯著提高，明顯高於Fe44Co44Zr7B5合金的顯微硬度，當加入原子百分比為2%的Mo元素並且在115(TC燒結時，本合金的顯微硬度達到最大值為341.66Hv。.。5。如圖4、圖5所示，所示添加Mo元素原子百分比從03X，Fe43.5Co44Zr7B5Mo。.5合金的壓縮強度和應變值是最好的，最高分別達到642.31MPa和10.3%。本發明提供的F^—xCc^ZrAMOx合金在合理調整Mo元素添加量之後，獲得了壓縮強度、顯微硬度和矯頑力等綜合性能較好的高溫軟磁合金，為航空航天領域中電機材料的應用提供的很好的備選材料。權利要求一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金，其特徵在於所述的軟磁合金為Fe44-xCo44Zr7B5Mox合金，其中0＜x＜3。2.根據權利要求l所述的一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金，其特徵在於所述的軟磁合金為Fe43.5Co44Zr7B5Mo0.5或FeMCo^ZivBsMch或Fe42.5Co44Zr7B5MoL5或Fe42Co44Zr7B5Mo2。3.根據權利要求2所述的一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金，其特徵在於所述Fe^Cc^Z&B5Mc^軟磁合金條帶的結構為非晶態結構；550°C晶化熱處理後的X射線三個衍射峰分別對應a-FeCo相bcc結構的三強峰(llO)、(200)、(211);經過IIO(TC燒結後的X射線衍射峰除了包含a-FeCo相bcc結構的三強峰，還包括在110(TC燒結時析出的Co23Zr6。4.根據權利要求l所述的一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金，其特徵在於所述的Fe44-xCo44Zr7B5Mox軟磁合金矯頑力為20lOOOe，顯微硬度在200350Hv,之間。5.—種製備權利要求1所述的一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金的方法，其特徵在於如下步驟第一步按Fe44_xCo44Zr7B5Mox原子百分比稱取純度99.99%的鐵Fe、純度99.8%的鈷Co、純度99.5%的鋯Zr、純度99.99%的鉬Mo和含硼20%的硼鐵合金；第二步合金熔煉；將第一步配製好的Fe-Co-Zr-B-Mo原料用電弧爐熔煉製成鑄錠，進行真空熔煉，加熱電流200士20A;第三步甩帶；將第二步熔煉好的合金鑄錠放入單輥甩帶機中，調節單輥的旋轉轉速6570m/s，製得非晶條帶；第四步晶化熱處理；將非晶條帶放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至52060(TC，保溫60120min，隨爐冷卻;第五步球磨；將晶化熱處理後的非晶條帶進行球磨處理2小時，得到粒徑小於為10m的粉體；第六步壓製成型；將粉體裝入模具中進行壓製成形，加壓大小為600900MPa，並保壓1小時以上，得到生坯；第七步燒結；將第六步壓制好的生坯放入真空熱處理爐中，抽真空至4X10-3Pa，升溫至10001150°C，保溫60min，然後隨爐冷卻，即得到軟磁合金Fe44—xCo44Zr7B5Mox。6.根據權利要求5所述的製備方法，其特徵在於所述的球磨處理是指將晶化熱處理後的非晶條帶放入不鏽鋼球磨罐內，加入軸承鋼製的鋼球，球料比為6:1，並加入具有易揮發性且不與合金反應的液體進行球磨。7.根據權利要求6所述的製備方法，其特徵在於所述的易揮發性且不與合金反應的液體為無水乙醇或丙酮。全文摘要本發明公開了一種Mo摻雜的FeCo基軟磁合金，屬於高溫軟磁合金材料，該合金為具有高硬度的軟磁合金Fe44-xCo44Zr7B5Mox(0＜x＜3)。該合金通過粉末冶金方法製備，其矯頑力為20～100Oe，顯微硬度在200～350Hv0.05之間；在適當的溫度下燒結後，本合金的顯微硬度大幅提高，具有較高的硬度以及良好的軟磁性能。本發明採用粉末冶金法製備合金，其製備工藝簡單，成型能力好，可製備出各種形狀兼具軟磁性能和機械性能的器件，所製備合金的力學性能滿足航空航天領域內電機材料的性能需求。文檔編號H01F1/153GK101691637SQ20091009346公開日2010年4月7日申請日期2009年9月29日優先權日2009年9月29日發明者侯凱,朱自方,畢曉昉,潘斯寧申請人:北京航空航天大學