1J22高饱和磁感应强度软磁合金资料-共10页

1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介

一、软磁合金简介

1.1 软磁合金简介

软磁合金（soft magnetic alloy）是在弱磁场中具有高的磁导率及低的矫顽力的一类合金，在外磁场作用下容易磁化，去除磁场后磁感应强度又基本消失的磁性合金。这类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，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。其磁滞回线面积小而窄，矫顽力一般<800A/m，电阻率高，涡流损耗小，导磁率高，饱和磁感高。一般都加工成板材和带材，熔融法制备，主要用作电器、电信工业中的各种铁芯元件（如变压器铁芯、继电器铁芯、扼流圈等）。常用软磁合金有低碳电工钢、阿姆科铁、硅钢片、镍铁软磁合金、铁钴软磁合金、铁硅软磁合金等。

1.2 软磁合金的物理性能

软磁合金的磁滞回线面积小且窄，矫顽力（Hc）一般<10 Oe（1Oe≈79.6A/m）。软磁合金的主要磁特性是：

①矫顽力(Hc)和磁滞损耗(Wh)低；

②电阻率(ρ)较高，涡流损耗(We)低；

③起始磁导率(μ0)和最大磁导率(μm)高；某些合金在低磁场范围内磁导率(B/H)保持恒定；

④饱和磁感(Bs)高；

⑤某些合金磁滞回线呈矩形，矩形比即剩磁/最大磁感(Br/Bm)高。

这些磁性能同合金的结构状态和成分密切相关。合金中的碳、硫、氮和氧等杂质对磁性特别有害，因为它们使晶格畸变，难以磁化，碳和氮还会引起磁时效现象。软磁合金一般要求成品晶粒尺寸大，以便降低Hc和Wh值。一般铁磁性金属的磁性随晶轴方向不同而异，如铁的<100>方向易于磁化，<111>方向难于磁化。因此控制晶粒取向可以在材料的特定方向获得更好的磁性能。铁的电阻率(ρ)低，添加某些合金元素可以提高ρ值，加硅和铝的效果最为明显。在铁中加入任何合金元素（除钴外），都会使它的饱和磁感Bs 降低。

1.3 软磁合金的发展和分类

19世纪末用低碳钢板制造电机和变压器铁芯。1900年磁性更高的硅钢片很快取代了低碳钢，用来制造电力工业的产品。1917年出现了Ni-Fe合金以适应当时电话系统的需要。后来又出现了具有不同磁特性的Fe-Co合金(1929)、Fe-Si-Al合金(1936)和Fe-Al合金（1950）以满足特殊用途。中国于1953年开始生产热轧硅钢片。50年代末开始研究Ni-Fe和Fe-Co等软磁合金，60年代陆续开始生产一些主要的软磁合金。70年代开始生产冷轧硅钢带。

20%（原子分数）不同配比的Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金的非晶形成能力，其余约80%为Fe、Co、Ni 等磁性元素作为基体合金，从而研制出了Fe-Co基非晶软磁材料。

由于受非晶形成能力和制备过程中传热的限制，目前只能获得低维产品，工业应用的Fe-Co非晶软磁合金材料主要是通过对粒状、带状等低维非晶材料进行热挤压、热轧、热锻等后续加工来获得各种形状的产品。虽然，Fe-Co 基合金非晶带材已经广泛用于各种变压器和电感器，成为电力、电子和信息领域不可缺少的重要基础材料。但是其形状特征在某些方面也始终限制着它的许多应用。随着块体非晶材料制备技术的不断创新和发展，大体积块体非晶材料的出现为扩大Fe-Co非晶软磁合金的应用提供了基础。然而，与其它非晶态合金一样，Fe-Co基非晶软磁材料由于非晶态处于非平衡态，具有向平衡晶态转化的趋势，这种不稳定性限制了它的应用范围，一般只能在较低的温度下使用，因而提高非晶合金的稳定性已是当务之急。同时，Fe-Co 基非晶合金材料的矫顽力和高频损耗还有待于进一步降低，并且也存在脆性和可加工性差的缺点。

1.4.3 FeCo 纳米晶软磁材料

1988 年日本人Yoshizawa在FeSiB 合金基体中加入少量Cu和Nb，首先利用熔体急冷法制备出了非晶态合金，随后经过热处理得到了高磁导率、低损耗、低磁致伸缩的Fe基纳米晶材料（商品名为FINEMET）。虽然，由于其优异的软磁性能，Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者和产业界的关注。但是由于Fe 基纳米晶合金较低的居里温度（TC <300℃），限制了其在高温情况下的应用。20世纪90年代末期，Willard 用Co部分替代FeZrBCu非晶合金(商品名为NANOPERM)中的Fe得到了纳米晶非晶共存的FeCoZrBCu 合金（商品名为HITPERM）。由于该合金中非晶相和纳米晶相居里温度的提高，使材料的高温性能明显得到改善，使用温度可达600℃。此后，Fe-Co 基纳米晶合金得到了快速发展和应用。

1.5 本文的目的

1J22合金是一种具有较高的饱和磁化强度、磁导率、居里点、较低的矫顽力以及损耗小等优点的软磁合金，它适用于制造要求体积小、重量轻的元器件。已广泛用于飞行器电源变压器和机载雷达变压器、电磁铁极头、微电机转子、继电器、换能器、耳机振动膜等。

2019年10月份我司发展部了解到某公司有1J22合金带材的需求，而我司并不具备1J22合金的生产经验，对这种合金的了解和技术积累基本是一片空白。本文将从发展和应用、理化性能、加工工艺等方面系统的介绍1J22合金，为我司实现1J22合金的生产加工提供指导。

二、1J22高饱和磁感应强度软磁合金简介

2.1 1J22合金牌号

高饱和磁感应强度软磁合金中国国家标准中规定的牌号为1J22(Co50V2)，其他国家的类似牌号是

AFK502(法国)，49КФ(俄罗斯)，Permendur 49(英国)，UNS R30005(美国)，Supermendur(美国)，HiperCo50(美国)。

备注：根据GB/T 15002-1994 2.5 1J22合金的技术标准

三、1J22合金的生产工艺

3.1 1J22合金的冶炼和铸造

1J22合金熔炼与铸造工艺采用真空感应炉(VIM)熔炼。生产过程中如采用全新料冶炼时，由于含Co量高，气体较多，冶炼时很容易产生钢液溅射的现象，造成化学成分难于控制和粘结坩埚。因此在冶炼时可配入40～50%的返回料可以减少钢液的喷溅。配入的C也需在装料时全部加入坩埚中，这样可以避免在精炼时加C造成大量气体上升和钢液沸腾喷溅。

从《采用不同返回比试制软磁合金1J22热轧带材的研究》一文中可以看出，采用不同的返回比而制定的与其相应的工艺可以生产出符合GB/T 15001-94 和GB/T 15002-94标准的1J22合金热轧带材，且用不同的返回比生产出来的带材其性能也非常接近。随着返回比的增大，其带材成本也大幅下降。同时，如果全部采用全新料冶炼，锻造时容易出现肉眼可见的小裂纹，原因如下：全新料熔清后浮在钢水面上的炉渣较多（全新料加入的钒铁较多，而钒铁中的夹杂物较多，会形成较多的炉渣），而这些炉渣在真空浇注时残留在真空锭的表面，真空锭虽经剥皮并经局部打磨，但残留的个别未彻底清除微细缺陷在锻造时，容易产生应力集中而出现微小裂纹。

3.2 1J22合金锻坯的表面处理

1J22合金锻造后，锻坯进行修磨时，往往产生锻坯表面发纹或网裂，严重影响后续产品的质量。产生的原因主要是1J22合金在900～930℃附近发生α↔γ相转变，但是在470～640℃区间也会有γ相析出（α′↔α′+γ），采用砂轮修磨时往往因为局部过热，锻坯表面局部会出现发蓝现象，这会导致析出γ相，使锻坯的局部内应力增加，塑性降低，产生表面发纹。锻坯产生发纹的地方，愈是加重修磨，发纹愈是严重。所以在锻坯表面处理时可以采用轻微的修磨量或者用刨床去皮。

3.3 1J22合金的热加工及淬火工艺

3.3.1 1J22合金的热轧工艺

1J22合金热加工塑性良好，锻坯加热温度为1160～1180℃，保温时间15～20分钟，终轧温度大于850℃。热轧最终厚度一般控制在2.0～2.3mm左右。热轧带太厚，影响了热轧带的淬透性，在后续的冷轧过程中容易出现脆断和边裂；如热轧带太薄，又会影响到热轧的厚度精度及板形难以控制，影响到后续的冷轧加工。

3.3.2 1J22合金的淬火工艺

1J22合金在冷加工前必须进行淬火，淬火温度一般控制在880±15℃。淬火的目的是抑制α相的有序化过程，改善冷轧加工性能。1J22合金在900～930℃附近发生γ↔α相转变，当温度低于730℃时，产生有序化，形成FeCo超结构，无序的α相转变为有序α′相（硬而脆，冷加工性非常差），所以在730℃以下时要求快冷，尽量抑制α相的有序化。所以工业化生产时，为了提高淬火速度，提高热轧带的淬透性，降