CN110699573B - 一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 - Google Patents
一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110699573B CN110699573B CN201911112865.6A CN201911112865A CN110699573B CN 110699573 B CN110699573 B CN 110699573B CN 201911112865 A CN201911112865 A CN 201911112865A CN 110699573 B CN110699573 B CN 110699573B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy
- nimn
- smelting
- cofe
- soft magnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C19/00—Alloys based on nickel or cobalt
- C22C19/07—Alloys based on nickel or cobalt based on cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C1/00—Making non-ferrous alloys
- C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting
- C22C1/03—Making non-ferrous alloys by melting using master alloys
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C2202/00—Physical properties
- C22C2202/02—Magnetic
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
本发明涉及一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法,属于磁性材料技术领域。本发明通过在Co70Fe30合金中加入NiMn合金基团,在保持了Co70Fe30合金本身优异的合金软磁性能、磁致伸缩性能、低廉的成本等优势的同时,大大提高了合金的力学性能;另外,制备所述合金的原料成本低廉,制备过程简单便捷,成品率高,绿色环保,不需要使用昂贵的大型仪器设备,可以快速低成本地在工业生产中推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法,属于磁性材料技术领域。
背景技术
CoFe基软磁合金,其系列合金又名“Permendur”,由于其具有稳定的磁化率、极高的磁导率、优异的磁致伸缩性能、优异的能量吸收性能以及低廉的成本优势而在传感器、换能器、微位移驱动、减噪、减振、智能机器人、燃油喷射、波动采油等领域具有重要的应用前景。
但由于CoFe基软磁合金本身的力学性能较差,这也限制了其在很多工程应用领域的应用。因此在保持CoFe基软磁合金本身优异的性能同时,开发出兼具优异力学性能的新系列CoFe基软磁合金是非常必要的。
发明内容
针对现有技术中存在的不足,本发明的目的之一在于提供一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金,通过在Co70Fe30合金中加入NiMn合金基团,在保持了Co70Fe30合金本身优异的合金软磁性能、磁致伸缩性能、低廉的成本等优势的同时,大大提高了合金的力学性能;
本发明的目的之二在于提供一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,该方法过程简单便捷,成品率高,绿色环保,不需要使用昂贵的大型仪器设备,可以快速低成本地在工业生产中推广应用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金,所述合金的化学式表达式记为(Co70Fe30)100-x(NiMn)x,x=2.5~20。
其中,2.5≤x≤10时,(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金兼具高强度、高饱和磁化强度及优异的磁致伸缩性能;10<x≤20时,(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金兼具高延伸率及较高的饱和磁化强度。
本发明所述NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,包括以下步骤:
步骤1.Ni和Mn按照1:1的原子比配料,并在真空条件下熔炼,得到NiMn合金锭;
步骤2.按照(30-0.3x):(70-0.7x):x的原子比将Fe、Co及NiMn合金锭放入高真空电弧熔炼炉的坩埚中,然后进行熔炼,得到本发明所述的合金。
进一步地,选用纯度大于99.9%的Fe、Co、Ni以及Mn单质作为原料;另外,使用前先将其表面的氧化皮打磨干净,然后在丙酮溶液中超声清洗,最后烘干备用。
进一步地,采用高真空感应熔炼炉熔炼制备NiMn合金锭,具体操作如下:先对高真空感应熔炼炉抽真空至2×10-2Pa以下,然后充入氩气至炉内气压达到0.05MPa~0.06MPa,再利用感应加热将纯镍及纯锰熔炼成金属液,待金属原料完全熔化后,将熔化的金属液倒入模具内进行冷却凝固,得到NiMn合金锭。
进一步地,采用高真空电弧熔炼炉熔炼的具体操作如下:先对高真空电弧熔炼炉抽真空至2.5×10-3Pa以下,然后充入氩气至炉内气压达到0.05MPa~0.06MPa,再在2A~4A的熔炼电流下进行反复熔炼3~5次,每次熔炼的时间为4min~6min,除第一次以及最后一次外其余熔炼时进行搅拌。
有益效果:
(1)本发明所述(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金,在保持Co70Fe30合金优异的软磁性能及磁致伸缩性能、低廉的成本等优势的同时,还兼具优异的力学性能,尤其是2.5≤x≤10时,该合金具有极高的强度,并且延伸率相比其他CoFe基软磁合金也有较大提高,对于服役环境要求更低,且服役时间更长;而10<x≤20时,该合金具有极高的延伸率,相对于其他种类CoFe基软磁合金,当需要对其进行拉拔、冷轧等变形加工时具有极大的优势;
(2)本发明所述(Co70 Fe30)100-x(NiMn)x合金,选用的原料成本低廉,制备过程简单便捷,缺陷率低,成品率高,并且制备过程中不会产生污染。
附图说明
图1为实施例1~5制备的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金以及对比例1制备的Co70Fe30合金的真应力-应变曲线对比图。
图2为实施例1~4制备的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金以及对比例1制备的Co70Fe30合金沿磁场方向的磁致伸缩曲线对比图。
图3为实施例1~5制备的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金以及对比例1制备的Co70Fe30合金的磁化曲线对比图。
图4为实施例1制备的(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金的透射电子显微镜衍射斑点图。
图5为对比例1制备的Co70Fe30合金的反极图(IPF图)。
图6为实施例1制备的(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金的IPF图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述,其中,所述方法如无特别说明均为常规方法,所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
以下实施例中所提到的主要试剂信息详见表1,主要仪器设备信息详见表2。
表1
表2
采用应变片电阻测量法测试实施例中所制备的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金以及Co70Fe30合金的磁致伸缩系数,测试试样为8mm×6mm×2mm的平板状,具体测试步骤如下:
(1)选择好确定的方向,并且所有样品的测试面和方向相同,粘贴上电阻应变片;
(2)将样品与应变仪连接成一个电流回路,放置于电磁铁中央区域,再把高斯计安装在样品表面上面1mm处,设置磁场从0Oe至5000Oe,从5000Oe至-5000Oe,从-5000Oe至0Oe,连通电源开始进行测试;
(3)在磁场变化的过程中,块体样品长度发生变化引起电阻应变片长度的变化,进而导致应变片的电阻发生变化,应变仪测量得到应变片电阻的变化,经过计算机软件的换算得到样品的形变量,即磁致伸缩应变值的大小。
使用电子万能材料试验机测试实施例中所制备的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金以及Co70Fe30合金的力学性能,测试试样为平板状,标距为10mm,截面尺寸为3mm×1mm,具体测试步骤如下:
(1)将拉伸试样安装在拉伸卡具上,并将卡具接头安装在电子万能材料试验机对应接口处,并在样品标距两端各画一个点作为标记;
(2)预紧试样,定位视频引伸计标距,并设置拉伸速率为0.01mm/s;
(3)调零后开始拉伸试验,直至样品断裂后结束试验,计算机记录下的数据即为所测材料的力学性能数据。
实施例1
(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金的具体制备步骤如下:
(1)先将Fe、Co、Ni以及Mn单质表面的氧化皮打磨干净,然后放入含有丙酮溶液的烧杯中,并将烧杯置于超声波清洗机中震动清洗5min,随后取出放置于滤纸上用吹风机烘干备用;
(2)将表面打磨干净的Ni和Mn按照1:1的原子比配料,并按照从从下至上依次为底Ni、Mn的顺序在高真空熔炼浇铸***的氧化铝坩埚中布置原料;然后,先对高真空熔炼浇铸***抽真空至2×10-2Pa以下,再充入氩气(纯度为99.99vol%)至内部气压达到0.05MPa,随后利用感应加热将Ni和Mn熔炼成金属液,待金属原料完全熔化后,立即翻转氧化铝坩埚,将金属液倒入下面的铜模具内,待金属液冷却凝固后,得到NiMn合金锭;
(3)将NiMn合金锭与表面打磨干净的Fe以及Co与按照2.5:29.25:68.25的原子比配料,并按照NiMn合金锭在下Fe、Co在上的方式在高真空电弧熔炼及吸铸***的铜坩埚中布置原料;然后,先对高真空电弧熔炼及吸铸***抽真空至2.5×10-3Pa以下,再充入氩气至炉内气压达到0.05MPa,随后在2A~4A的熔炼电流下进行反复熔炼4次,每次熔炼的时间为5min,并在第2次和第3次熔炼时开启电磁搅拌,最后一次熔炼完成后,冷却,得到(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金。
如图1~3所示,本实施例所制备的(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金的屈服强度可达732MPa,延伸率为4.64%,饱和磁化强度为205emu/g,磁致伸缩系数为86ppm。
实施例2~5
在实施例1的基础上,将步骤(3)中Fe、Co与NiMn合金锭的原子比由29.25:68.25:2.5依次修改成28.5:66.5:5、27:63:10、25.5:59.5:15及24:56:20,其他步骤及条件均不变,则依次得到(Co70Fe30)95(NiMn)5合金、(Co70Fe30)90(NiMn)10合金、(Co70Fe30)85(NiMn)15合金以及(Co70Fe30)80(NiMn)20合金,结合图1~3可知,其各自性能如表3所示。
表3
对比例1
Co70Fe30合金的具体制备步骤如下:
(1)先将Fe和Co单质表面的氧化皮打磨干净,然后放入含有丙酮溶液的烧杯中,并将烧杯置于超声波清洗机中震动清洗5min,随后取出放置于滤纸上用吹风机烘干备用;
(2)将表面打磨干净的Fe以及Co按照30:70的原子比配料,并加入高真空电弧熔炼及吸铸***的铜坩埚中;然后,先对高真空电弧熔炼及吸铸***抽真空至2.5×10-3Pa以下,再充入氩气至炉内气压达到0.05MPa,随后在2A~4A的熔炼电流下进行反复熔炼4次,每次熔炼的时间为5min,并在第2次和第3次熔炼时开启电磁搅拌,最后一次熔炼完成后,冷却,得到Co70Fe30合金。
x=2.5时,对应的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金为单相BCC结构(该合金体系BCC相与FCC相均为铁磁性相,但FCC相饱和磁化强度较低);如图4所示,(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5沿{100}晶带轴存在(100)超点阵,这表明A2相基体中分布着B2相,因此(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金保持了CoFe基软磁合金优异的磁致伸缩性能。此外,加入NiMn合金基团后,(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5的晶粒明显发生了细化,如图5和图6所示,未加NiMn的Co70Fe30合金的组织为大晶粒尺寸的等轴晶,而加NiMn的(Co70Fe30)97.5(NiMn)2.5合金组织变为细小的条带状组织,这使得合金的强度和延伸率同时提高;同时由于合金中只存在BCC相,因此几乎对合金饱和磁化强度未造成影响。
x=5和10时,对应的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金为BCC+FCC两相结构(主相依然为BCC相),且不再存在B2相。FCC相的出现及B2相的消失共同导致了该范围内合金磁致伸缩性能的降低,但却使该范围内合金的延伸率明显提高;同时由于BCC相含量依然很高,因此合金饱和磁化强度也未有明显下降。
x=15和20时,对应的(Co70Fe30)100-x(NiMn)x合金为BCC+FCC两相结构,但FCC相变为主导相,使得该范围内合金饱和磁化强度较之前有部分减弱,但该范围内合金依然为铁磁性,而且该范围内的合金兼具了BCC相高强度及FCC相高塑性的特点,对于需要进行大变形冷加工(如拉拔、冷轧等)的情况相比于其他软磁材料具有明显的性能优势。
综上所述,以上仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金,其特征在于:所述合金的原子比化学式表达式记为(Co70Fe30)100-x(NiMn)x,x=2.5~20。
2.根据权利要求1所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金,其特征在于:2.5≤x≤10。
3.根据权利要求1所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金,其特征在于:10<x≤20。
4.一种如权利要求1至3任一项所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,其特征在于:所述方法步骤如下,
步骤1.Ni和Mn按照1:1的原子比配料,并在真空条件下熔炼,得到NiMn合金锭;
步骤2.按照(30-0.3x):(70-0.7x):x的原子比将Fe、Co及NiMn合金锭放入高真空电弧熔炼炉的坩埚中,然后进行熔炼,得到所述合金。
5.根据权利要求4所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,其特征在于:选用纯度大于99.9%的Fe、Co、Ni以及Mn单质作为原料,而且使用前先将其表面的氧化皮打磨干净,并在丙酮溶液中超声清洗,最后烘干备用。
6.根据权利要求4所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,其特征在于:采用高真空感应熔炼炉熔炼制备NiMn合金锭,具体操作如下,
先对高真空感应熔炼炉抽真空至2×10-2Pa以下,然后充入氩气至炉内气压达到0.05MPa~0.06MPa,再将金属原料完全熔化至金属液,并将熔化的金属液倒入模具内进行冷却凝固,得到NiMn合金锭。
7.根据权利要求4所述的NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金的制备方法,其特征在于:采用高真空电弧熔炼炉熔炼的具体操作如下,
先对高真空电弧熔炼炉抽真空至2.5×10-3Pa以下,然后充入氩气至炉内气压达到0.05MPa~0.06MPa,再在2A~4A的熔炼电流下进行反复熔炼3~5次,每次熔炼的时间为4min~6min,除第一次以及最后一次外其余熔炼时进行搅拌。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911112865.6A CN110699573B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201911112865.6A CN110699573B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110699573A CN110699573A (zh) | 2020-01-17 |
CN110699573B true CN110699573B (zh) | 2020-08-11 |
Family
ID=69206031
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201911112865.6A Active CN110699573B (zh) | 2019-11-14 | 2019-11-14 | 一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN110699573B (zh) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6240344A (ja) * | 1985-08-13 | 1987-02-21 | Hitachi Metals Ltd | Fe−Co系高透磁率合金 |
CN1254171A (zh) * | 1999-11-12 | 2000-05-24 | 上海交通大学 | 高饱和磁通密度及低剩磁双铁磁性相软磁合金 |
WO2008018179A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Mitsui Chemicals, Inc. | Antenna core and antenna |
CN109321784A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 台耀科技股份有限公司 | 含钐的软磁合金 |
CN110066956A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-30 | 北京理工大学 | 一种具有优异力学性能的磁致伸缩合金及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6685882B2 (en) * | 2001-01-11 | 2004-02-03 | Chrysalis Technologies Incorporated | Iron-cobalt-vanadium alloy |
-
2019
- 2019-11-14 CN CN201911112865.6A patent/CN110699573B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6240344A (ja) * | 1985-08-13 | 1987-02-21 | Hitachi Metals Ltd | Fe−Co系高透磁率合金 |
CN1254171A (zh) * | 1999-11-12 | 2000-05-24 | 上海交通大学 | 高饱和磁通密度及低剩磁双铁磁性相软磁合金 |
WO2008018179A1 (en) * | 2006-08-11 | 2008-02-14 | Mitsui Chemicals, Inc. | Antenna core and antenna |
CN109321784A (zh) * | 2017-07-31 | 2019-02-12 | 台耀科技股份有限公司 | 含钐的软磁合金 |
CN110066956A (zh) * | 2019-05-17 | 2019-07-30 | 北京理工大学 | 一种具有优异力学性能的磁致伸缩合金及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Influence of the size and shape of magnetic particles on magneto-optical properties of (Co70Fe30)xAg1-x granular alloys;E.Gan"shina et al.;《Journal of Magnetism and Magnetic Materials》;19971231;第165卷;第320-322页 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN110699573A (zh) | 2020-01-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104878324B (zh) | 一种软磁性FeCoNiMB高熵块体非晶合金及其制备方法 | |
CN108642399B (zh) | 一种有基高熵合金及其制备方法 | |
CN105088107B (zh) | 具有高饱和磁感应强度和强非晶形成能力的铁基非晶合金 | |
CN101654759B (zh) | 一种磁致伸缩材料及其制备方法 | |
CN102304669A (zh) | 高饱和磁感应强度低成本铁基纳米晶软磁合金 | |
CN110541116B (zh) | 一种晶化可控的铁基纳米晶软磁合金 | |
CN101206943B (zh) | 一种具有高饱和磁感应强度及良好韧性的铁基非晶软磁合金 | |
CN105177469A (zh) | 一种高铁含量的非晶软磁合金及其制备方法 | |
CN102537162B (zh) | 一种磁场控制劲度系数的弹簧及其制备方法 | |
CN109576607A (zh) | 一种FeCoNi基软磁高熵合金及应用 | |
CN108597715B (zh) | 一种多组元铁基非晶软磁合金 | |
CN111218625B (zh) | 一种具有高饱和磁感应强度的软磁性Co基块体非晶合金及其制备方法 | |
CN110699573B (zh) | 一种NiMn掺杂的CoFe基多晶软磁合金及其制备方法 | |
CN110066956B (zh) | 一种具有优异力学性能的磁致伸缩合金及其制备方法 | |
CN100461308C (zh) | 一种超高矫顽力烧结钕铁硼磁性材料及其制备方法 | |
CN109326404B (zh) | 一种钕铁硼磁性材料及制备方法 | |
CN104018061B (zh) | 易加工、大磁致伸缩FeAl合金带材及制备方法 | |
CN105655079B (zh) | 一种铁基纳米晶软磁合金材料及其制备方法 | |
CN104694784A (zh) | 一种具有较好塑性变形能力的钴基块体非晶及其制备方法 | |
CN115433812A (zh) | 一种提升增韧铁基非晶软磁合金条带拉伸塑性的方法 | |
CN104004961B (zh) | 一种FeAl磁致伸缩合金材料及制备方法 | |
CN109097610B (zh) | 一种具有大应变的磁性记忆合金及其制备方法 | |
CN110938785B (zh) | 一种具有软磁性能的Co基块体非晶合金 | |
CN104946955A (zh) | 一种Fe-Ni金属基磁致伸缩材料及其制备方法 | |
CN109754976A (zh) | 一种铁基非晶软磁合金及应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |