1J22高饱和磁感应强度软磁合金

Fe-Co二元晶态合金由3种物相组成,即体心立方(bcc) α′无序晶体结构、体心立方(bcc) 相及面心立方(fcc)相。研究已表明,含35%Co 得Fe-Co 合金饱与磁通密度Bs达到最大值,其Bs值可达2、45 T,居里点约为900℃,而且,Fe-Co 合金得居里点随其钴含量得增加而提高。约含50%Co时居里点最高,为980℃,此时,合金得磁晶各向异性常数K 1值接近于零,具有最高得磁导率。但就是,Fe-Co晶态合金涡流损耗较高,只适于在直流与低频条件下使用,目前主要用于航空发电机与电动机、大功率脉冲变压器铁芯等。

1.4.2 Fe-Co基非晶软磁材料

随着非晶制备技术得发展与对非晶合金软磁性能得不断认识, Fe-Co非晶合金逐渐得到了材料研究者得

特别关注与深入研究。按照Inoue提出得非晶形成3条经验法则,研究者在Fe-Co二元晶态合金中添加约20%(原子分数)不同配比得Si、B、C、P等类金属非磁性元素用于提高合金得非晶形成能力,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与制备过程中传热得限制,目前只能获得低维产品,工业应用得Fe-Co非晶软磁合金材料主要就是通过对粒状、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得产品。虽然,Fe-Co 基合金非晶带材已经广泛用于各种变压器与电感器,成为电力、电子与信息领域不可缺少得重要基础材料。但就是其形状特征在某些方面也始终限制着它得许多应用。随着块体非晶材料制备技术得不断创新与发展,大体积块体非晶材料得出现为扩大Fe-Co非晶软磁合金得应用提供了基础。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得趋势,这种不稳定性限制了它得应用范围,一般只能在较低得温度下使用,因而提高非晶合金得稳定性已就是当务之急。同

时,Fe-Co 基非晶合金材料得矫顽力与高频损耗还有待于进一步降低,并且也存在脆性与可加工性差得缺点。

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与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、低磁致伸缩得Fe基纳米晶材料(商品名为FINEMET)。虽然,由于其优异得软磁性能,Fe基纳米晶材料受到了各国材料科学工作者与产业界得关注。但就是由于Fe 基纳米晶合金较低得居里温度(TC <300℃),限制了其在高温情况下得应用。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)中得Fe得到了纳米晶非晶共存得FeCoZrBCu 合金(商品名为HITPERM)。由于该合金中非晶相与纳米晶相居里温度得提高,使材料得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与应用。

1.5 本文得目得

1J22合金就是一种具有较高得饱与磁化强度、磁导率、居里点、较低得矫顽力以及损耗小等优点得软磁合金,它适用于制造要求体积小、重量轻得元器件。已广泛用于飞行器电源变压器与机载雷达变压器、电磁铁极头、微电机转子、继电器、换能器、耳机振动膜等。

2015年10月份我司发展部了解到某公司有1J22合金带材得需求,而我司并不具备1J22合金得生产经验,对这种合金得了解与技术积累基本就是一片空白。本文将从发展与应用、理化性能、加工工艺等方面系统得介绍1J22合金,为我司实现1J22合金得生产加工提供指导。

400 35、2～36、3 43、7～45、2 50、4～56、5 58、4～64、2 64、0～77、6 800 84、7～87、7 106、5～110、8 130、6～138、2 144～156、1 157、0～179 1000 115、2～121、4 146～153、1 182～192、3 198～210、8 222～241

0、3

50 3、79～4、19 4、66～5、30 5、48～6、95 6、29～9、27 7、00～9、75 400 45、1～51、3 56、9～65、1 70、2～79、6 77、5～88、4 85、7～99、8 800 125、1～145 161、1～188 204～233 227～258 241～290、5 1000 177、5～206 234～266 297～334 332～374 369、5～434

2、4 1J22合金得尺寸及允许偏

表5 1J22尺寸及允许偏差

备注:根据GB/T 15002-1994

2、5 1J22合金得技术标准

GB/T 15001-1994 《软磁合金尺寸、外形、表面质量、实验方法与检验规则》

GB/T 15002-1994 《高饱与磁感应强度软磁合金技术条件》

A801/A801M-99 《UNS R30005与K92650锻造铁钴高饱与磁感应强度软磁合金规范》

2.6 1J22合金得应用

1J22就是高饱与磁感应强度铁钴钒软磁合金,就是现有得软磁合金中饱与磁感应强度最高得(Bs=2、45T),饱与磁致伸缩系数最大(60～100×10-6),居里点也很高(980℃),就是居里点最高得软磁合金。由于饱与磁感应强度高,在制作同等功率得电机时,可大大缩小体积,在作电磁铁时,在同样截面积下能产生大得吸合力。由于居里点高,可使该合金能在其她软磁材料已经完全退磁得较高温度下工作,并保持良好得磁稳定性。由于有

大得磁致伸缩系数,极适于作磁致伸缩换能器,输出能量高,工作效率也高。该合金电阻率低(0、4μΩ·m),不宜在高频下使用。通过加入1、4～1、8得V元素,大大得改善了该合金得冷加工塑性,但V得加入降低了磁性。

由于1J22合金具有上述特点,因此,她被用于要求高Bs(磁感应强度)、高λs(饱与磁致伸缩系数)与低频、高温下使用得铁磁原件。如电磁铁极头,磁控管中得端焊管,电话耳机耳膜振动膜,力矩马达转子、微电子转子、磁致伸缩换能器铁芯、电源变压器、继电器、换能器等……。

1J22铁钴钒软磁合金已生产、使用多年,性能稳定,材料较成熟。成品规格主要就是热轧材、锻材、冷拉丝、冷轧带。但1J22合金同时存在价格较贵、易氧化、加工性能差等缺点,一定程度上限制了其使用范围。

三、1J22合金得生产工艺

3、1 1J22合金得冶炼与铸造

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得现象,造成化学成分难于控制与粘结坩埚。因此在冶炼时可配入40～50%得返回料可以减少钢液得喷溅。配入得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造成大量气体上升与钢液沸腾喷溅。

从《采用不同返回比试制软磁合金1J22热轧带材得研究》一文中可以瞧出,采用不同得返回比而制定得与其相应得工艺可以生产出符合GB/T 15001-94 与GB/T 15002-94标准得1J22合金热轧带材,且用不同得返回比生产出来得带材其性能也非常接近。随着返回比得增大,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得小裂纹,原因如下:全新料熔清后浮在钢水面上得炉渣较多(全新料加入得钒铁较多,而钒铁中得夹杂物较多,会形成较多得炉渣),而这些炉渣在真空浇注时残留在真空锭得表面,真空锭虽经剥皮并经局部打磨,但残留得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合金锻坯得表面处理

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,严重影响后续产品得质量。产生得原因主要就是1J22合金在900～930℃附近发生α↔γ相转变,但就是在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,使锻坯得局部内应力增加,塑性降低,产生表面发纹。锻坯产生发纹得地方,愈就是加重修磨,发纹愈就是严重。所以在锻坯表面处理时可以采用轻微得修磨量或者用刨床去皮。

3、3 1J22合金得热加工及淬火工艺

3、3、1 1J22合金得热轧工艺

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,影响了热轧带得淬透性,在后续得冷轧过程中容易出现脆断与边裂;如热轧带太薄,又会影响到热轧得厚度精度及板形难以控制,影响到后续得冷轧加工。