电磁铁用高饱和磁感应强度低剩磁软磁合金的研究

电磁铁用高饱和磁感应强度低剩磁软磁合金的研究

雷成辉，陈岳，王兵

(北京北冶功能材料有限公司，100192)

摘要：我公司研制的FeCo36Ni22Mo3软磁合金饱和磁感应强度能达到1.65T，剩磁只有0.4T，非常适合于电磁铁的应用。本文在FeCoNi系的基础上实验得出，随Co含量的增加，合金的饱和磁感应强度提高，剩磁降低；随Ni含量的增加，合金的磁导率提高，并在小磁场下（400A/m下）的磁感应强度提高。通过对FeCo36Ni22Mo3合金的热处理工艺试验，发现第二阶段冷却速度越大，合金在弱磁下的磁感应强度越大，退火温度1180℃比1100℃更有利于降低矫顽力，提高磁导率，但剩磁也随之提高。

关键词：软磁合金；高饱和磁感应强度；低剩磁；电磁铁；热处理

Research Of Soft Magnetic Alloys With High Saturation Magnetization And Low Remanence For Electromagnet

Lie Cheng-hui Chen Yue wang bing

（Beijing BeiYe Functional Materials Co., Ltd.100192）

Abstract:Our company has produced a soft magnetic alloy,FeCo36Ni22Mo3,with saturation magnetic induction 1.65T,the remanence only 0.4T,very suitable for the appliance in electromagnet.In this paper, on the basis of FeCo36Ni22Mo3, reached by the trial: with the Co content increased, the saturation magnetic strength increased, lower remanence, with Ni content increased, the permeability increased, and the magnetic induction increase in a small magnetic field (400A / m).

In heat treatment process of FeCo36Ni22Mo3 alloy , found that the second phase of the greater cooling rate, the magnetic induction strength increased in weak magnetic field , annealing temperature at 1180℃is more conducive lower coercivity, increase permeability than at 1100℃,but increase remanence as well.

Key words:Soft magnetic alloy, High Saturation Magnetization ,Low remanence , Electromagnet, Heat treatment

1引言

铁、镍、钴是三种主要的铁磁性元素，是构成

磁性材料的基本元素，金属软磁材料就是在此基础上添加别的合金元素组合而成。目前金属软磁合金种类有很多，按磁性特点可分为：高饱和磁感应强度软磁合金、高磁导率软磁合金、高矩形性软磁合金、低剩磁软磁合金、横导磁软磁合金等[1]。事实上，软磁合金各项性能是相互联系，相互制约的，没有一种软磁合金同时具有高的各项性能指标，一般根据生产设计需要，选取相应类型的合金。当软磁材料在磁路中用于信息传递时，一般选取高磁导率软磁合金，比如：高镍坡莫合金１Ｊ８５、１Ｊ７７和超微晶等；用于能量传递时，选具有高磁感应强度的软磁合金，如１Ｊ２２、１Ｊ５０和纯铁等。在电磁铁设计中，对软磁合金的要求主要是：在一定磁场下具有高的磁感应强度，低的剩磁[2]

。 吸力公式：δ

δ∂+∙∙=11

S )5000B (

F 2 公式1 Ｂδ，在气隙中的磁感应强度；Ｓ，阀芯的截面积；а，修正系数，δ，气隙长度[3]

。

由此可见，为了减小体积，最直接有效的办法就是提高相应磁场下的Ｂ值。要提高合金的磁感应强度，首先要保证合金中铁磁性元素Fe 、Ni 、Co 的含量，纯铁的饱和磁感应强度 2.18T ，金属钴的饱和磁感应强度 1.8T ，金属镍的饱和磁感应强度0.6T ，在Fe 和Ni 形成的坡莫合金中，当镍的含量在４８％（w%）时，具有最高的饱和磁感应强度１．６Ｔ，在Fe 和Co 形成合金中，最典型的合金是1J22，具有最高的饱和磁感应强度 2.35T ，这些合金虽然具有高的饱和磁感应强度，但是，相应的剩磁Br 也很高，如：１Ｊ２２的剩磁Ｂｒ在１．６T 左右，１Ｊ５０的剩磁Ｂｒ在１．０T 左右，电工纯铁的剩磁Ｂｒ在１．４５T 左右，电磁铁在释放的时候，需要更大的外力来克服剩磁形成的吸力，所以这些纯粹具有高饱和磁感应强度的软磁合金并不是最好

电磁铁材料，低的剩磁也是一项很重要的指标。在实际应用中，要获得低剩磁的合金，大多数采用横向磁场热处理，然而，这种热处理的方式在降低剩磁的同时，也使合金的磁导率降低，在相应磁场下的磁感应强度也降低[4]

，因此，这种方法有利有弊。在工作中发现FeCoNi 类合金既具有高的磁感应强度，同时具有低的剩磁Br ，本文将对该类合金进行研究。

2试验方法

我们选用了一炉FeCo36Ni22Mo3软磁合金，北冶功能材料公司的牌号为S1J23A 进行试验，主要化学成分如表1。

表1 S1J23A 主要化学成分

Tabel 1 The main chemical components of S1J23A

在该合金基础上进行成分设计，调整Ni 和Co 的含量，设计了9炉化学成分，成分设计采用正交

设计表L9 [5]

，具体如下表2。

表2 Ni 、Co 含量设计表

Tabel 2 The design tables of Nickel ， cobalt content

用10Kg 真空炉进行冶炼，钢锭扒皮后加热锻造成Ф45圆棒，机加工成Ф32/40×4mm 环状磁性样，在真空环境下进行热处理，热处理工艺为：随炉升温到1180℃保温5小时，然后以100℃/h 的冷速冷却到700℃，推炉快冷，到200℃以下出炉，真空度