CN1291425C - 用于钟表制造的软磁合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种软磁合金，其具有以重量百分比表示的以下组成：28%≤Ni≤34%，0%≤Co≤4%，0%≤Cu≤4%，1%≤Cr，0%≤Mo≤8%，0≤Nb≤1%，0≤Mn≤2%，0%≤V≤5%，0%≤W≤5%，0%≤Si≤4%，0%≤Al≤4%，0%≤C≤0.4%，任选的一种或几种总含量保持低于0.1%的选自镁和钙的元素，其余是铁和生产过程中产生的杂质。该化学组成进一步满足以下关系式：180.5≤6×Ni2.5×(Cr+Mo+V+W+Si+Al)+4×(Co+Cu)≤197.5和Co+Cu≤4%。本发明涉及该软磁合金在制造用于钟表制造的马达定子中的应用。

Description

用于钟表制造的软磁合金
技术领域
本发明涉及一种软磁合金以及其在钟表制造用马达中的应用。
背景技术
模拟石英表的指针是由微型电动马达即通常所说的Lavet型步进马达所驱动。这种马达包括一个由永久磁铁组成的两极转子、一个从软磁合金带上切下的定子、和一个用可能与制造定子所用材料不同的软磁合金制造的卷绕铁心。定子包括尽可能窄的峡部。
为了生成钟表制造用电动马达的定子，已知使用含少量百分比钼或铜的80％镍合金型、或Fe-36.5Ni-7.5Cr型合金型、或Fe-50Ni-10Cr合金型软磁合金。这些合金具有在-20℃到+70℃的温度范围内对0.4到0.8mm厚度而言小于100mOe的矫顽磁场，在40℃大于4000高斯的饱和感应Bs。但是这些合金很昂贵，希望能找到不那么昂贵的合金。但是目前为止这样的合金还不为人知。
本发明目的是提供适于生产钟表制造用电动马达定子的软磁合金，其与已知合金相比比较便宜。
为此目的，本发明主题是一种软磁合金，其以重量百分比表示的组成包括：
                28％≤Ni＜34％
                0％≤Co≤4％
                0％≤Cu≤4％
                1％≤Cr
                0％≤Mo≤8％
                0≤Nb＜1％
                0≤Mn＜2％
                0％≤V＜5％
                0％≤W＜5％
                0％≤Si＜4％
                0％≤Al＜4％
                0％≤C≤0.4％，
任选的一种或多种总量保持低于0.1％的选自镁和钙的元素，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成进一步满足关系式：
180.5≤6Ni-2.5(Cr+Mo+V+W+Si+Al)+4(Co+Cu)≤197.5和
                Co+Cu≤4％。
优选该合金含有2％以上的铬，并优选还含有1.5％以上、或甚至2％以上的钼。
本发明还涉及用本发明合金制成的用于钟表制造的电动马达定子，以及这种马达的定子。
发明内容
下面详细叙述本发明。
本发明合金以重量百分比含有：
-28％到34％的镍，镍是获得良好磁性所必需的元素，但非常昂贵；
-0％到4％的钴和/或铜，为了获得磁性，这两种元素的总和保持在小于或等于4％；与镍相似，这两种元素对磁性具有重要和有益的效果，并可以减少镍的百分比。此外，铜远比镍便宜；
-为了不降低磁性，至多0.4％的碳；
-为了获得良好的抗腐蚀性，至少1％、优选2％以上的铬，但优选低于7.5％、更优选低于6.5％；
-为了改善机械性能，任选的最多1％的铌；
-为了增加电阻和磁性(特别是矫顽磁场)，任选的钼、钒、钨、硅或铝，Mo的含量小于8％，V和W的含量小于5％，Si和Al的含量小于4％；优选钼含量必须大于1.5％，或者甚至2％，以改善机械性能，从而减小峡部4和5的横截面(因此增加马达的效率)，同时保持相同的定子几何稳定性。此外，大于1.5％的钼含量可以防止在NH3内退火时出现任何不宜的着色和/或氧化；
-为了增加热转换性和磁性，最多2％的锰；和
-任选的一种或多种选自镁和钙的元素，其含量的总和小于0.1％，以改善机械切削性。
所述组成的其余部分由铁和熔炼产生的杂质组成。这些杂质中特别可能有钛，由于其不利于在钟表制造领域中的应用，优选将其限制在低于0.003％、优选低于0.002％、更优选低于0.001％。实际上，本发明人发现该元素的存在可能在退火后实质上增加娇顽磁场，而这不利于这些应用。
此外，为了获得可以制造用于钟表制造的微型电动马达定子的磁性，即在-20℃和+70℃之间小于100mOe的矫顽磁场，和在40℃对于40Oe的感应大于4000高斯的饱和感应Bs，该合金的化学组成必需满足以下条件：
180.5≤6Ni-2.5(Cr+Mo+V+W+Si+Al)+4(Co+Cu)≤197.5
除了已经提到的磁性，该合金具有非常好的抗水性酸腐蚀性。这种抗腐蚀性可以通过如下方法测定：当变化浸没于0.01mol/l浓度硫酸水溶液中的该合金所制电极和铂所制参比电极之间的电压时，测量两个电极之间的最大电流Imax。对于上述定义的组成，电流Imax保持小于3mA。
该合金可以通过任何已知方法进行熔炼，例如在感应炉中或埋弧电炉中熔炼，凝固后，可以进行热轧和冷轧以获得例如合金带，从所述合金带切割下多个部分进行退火，例如在1100℃和1200℃之间、还原气氛中(例如在氢气中)静态退火1到10小时，或者在1000℃和1100℃之间、还原气氛中运动中退火5到30分钟。
作为实施例和对照，生产了成分和机械性能如表1中所示的合金。
实施例2、3、5-7、9、10和14-15对应于本发明。实施例1、4、8、11-13和18-20作为对照给出。在这些实施例中，组成的余量是铁和杂质。
对于这些实施例，通过真空感应熔炼进行熔炼，并以铸锭的形式铸型，将铸锭在1000℃和1200℃之间锻造，并在1150℃和800℃之间热轧，获得厚度为4.5mm的合金带产品。将这些合金带产品酸洗、不进行中间退火的条件下冷轧至0.6mm厚度，然后切割成36和25mm直径的圆盘形，在1170℃下、氢气中退火4小时。
然后测量在-20℃和+70℃的矫顽磁场HC、在40℃下40奥斯特磁场中的饱和感应Bs，和0.01mol/l硫酸水溶液中的最大腐蚀电流Imax。
表1
No. Ni Cr Mn Co Mo Cu Nb C 6Ni-2.5X+4(Co+Cu)*   Hc(moe)-20℃   Hc(moe)70℃   Bs(G)at40℃ Imax(mA)
2 33.46 4.88 0.133 0.014 0.014 0.01 ＜0.01 0.0066 188.62 59.5 26 6950 0.50 inv
  3   33.66   7.95   0.188   0.01   0.01   0.01   ＜0.01   0.0041   182.14   26   9.5   4500   0.60   inv
  5   33.7   8   0.187   2.07   0.01   0.01   ＜0.01   0.0066   190.50   56   18   5950   0.65   inv
  6   33.8   8.23   0.192   2.06   0.01   0.01   0.2   0.0070   190.48   43.5   13.5   5500   0.70   inv
  7   33.94   2.01   0.172   0.026   5.79   0.01   ＜0.01   0.0074   184.28   37   13   4600   1.60   inv
  9   31.84   8.23   0.174   3.07   0.01   0.01   ＜0.01   0.0150   182.76   23.5   7   4700   0.70   inv
  10   33.55   8.17   0.172   0.014   0.01   0.01   ＜0.01   0.0160   180.95   14.5   5.5   4150   0.70   inv
  14   33.78   2.02   0.186   0.01   2.03   0.01   ＜0.01   0.0150   192.64   39.5   19   7350   1.60   inv
  15   33.78   1.02   0.183   0.01   1.21   0.01   ＜0.01   0.0130   197.19   42.5   24   8150   2.50   inv
  16   31.68   8.03   0.176   0.01   0.027   2.97   ＜0.01   0.0120   181.86   42   13   4700   0.65   inv
17 30.14 2.09 0.193 0.01 0.01 2.99 ＜0.01 0.0130 187.59 43 21 6550 1.60 inv
  1   33.96   2.64   0.259   1.96   0.01   0.01   ＜0.01   0.0089   205.02   120   58   9800   1.20   comp
  4   33.83   5.1   0.152   2.02   0.01   0.01   ＜0.01   0.0067   198.33   107   34.5   8400   0.50   comp
  8   32.29   1.87   0.166   0.01   0.082   3.92   ＜0.01   0.0083   204.58   108.5   44.5   9650   1.70   comp
  11   31.84   8.2   0.173   0.011   0.01   0.01   ＜0.01   0.0150   170.60   12   -   500   0.70   comp
  12   30.09   2.06   0.162   0.007   0.01   0.01   ＜0.01   0.0140   175.43   31.5   -   300   1.60   comp
  13   33.8   8.14   0.172   0.011   0.01   0.01   ＜0.01   0.479   182.51   105.5   52.5   5200   0.70   comp
  18   32.2   0.71   0.223   0.01   0.01   0.01   ＜0.01   0.0130   191.48   38   22   8300   3.60   comp
  19   30.5   0.42   0.195   0.01   1.63   2.2   ＜0.01   0.0140   186.72   44   24   6800   4.10   comp
  20   30.9   8.95   0.177   0.01   0.01   3.9   ＜0.01   0.0130   178.64   35   11   3500   0.90   comp
*式6Ni-2.5X+4(Co+Cu)中，X＝Cr+Mo+V+W+Si+Al。
这些实施例显示，在对应于本发明的组成范围内，合金满足制造用于钟表的电动马达定子所要求的条件，即在-20℃和+70℃之间HC＜100mOe，Bs＞4000G和Imax＜3mA，此范围之外的合金不能满足这些条件。
特别在对比实施例1、4、8和13中，镍、钴、铜和铬的含量满足6Ni-2.5X+4(Co+Cu)＞197.5，并且在这些条件下，-20℃下HC大于100mOe。
在对比实施例11、12和20中，镍、钴、铜和铬的含量满足6Ni-2.5X+4(Co+Cu)＜180.5，并且在这些条件下，Bs小于4000高斯。
在对比实施例18和19中，铬含量非常低，Imax大于3mA，说明抗腐蚀性不足。
生产了特别适于制造钟表马达用定子的以下合金实例：
1、Fe-Ni33.7-Cr8-Mn0.3合金，其含有约33.7％镍、8％铬和0.3％锰，其余是铁和熔炼产生的杂质。在与上述实施例相同的条件下从该合金制造圆盘形材料。获得的特性是：
Bs＝4500G；-20℃下HC＝26mOe和70℃下HC＝9.5mOe；Imax＝0.6mA。
这种经济型合金具有既不含铜也不含钴的优点，使金属废料的循环利用更容易进行；
2、Fe-Ni33.8-Cr2-Mo6-Mn0.3合金，其含有约33.8％镍、2％铬、6％钼和0.3％锰，其余是铁和杂质。在与前一实例相同的条件下获得的特性是：
Bs＝4200G；-20℃下HC＝38mOe和70℃下HC＝15mOe；Imax＝1.6mA。
与前述不含钼的实例相比，这种经济型合金的机械强度高出20％(在1170℃退火后，最大强度增加了80MPa)，使之可以生产具有更窄峡部而且磁性损失减少的定子(因此可以生产更高效率的步进马达，或使钟表的电池消耗更低)；
3、e-Ni33.5-Cr5-Mn0.3合金，其含有约33.7％镍、8％铬和0.3％锰，其余是铁和熔炼产生的杂质。在与上述实施例相同的条件下用该合金制造圆盘材料。所得特性是：
Bs＝6950G；-20℃下HC＝59.5mOe和70℃下HC＝26mOe；Imax＝0.5mA。
这种经济型合金的优点是具有高饱和感应Bs，使之可以替代Fe-Ni80型合金使用而不用重新设计马达；和
4、Fe-Ni30-Cr2-Cu3.7-Mn0.2合金，其含有约30％镍、2％铬、3.7％铜和0.2％锰，其余是铁和熔炼产生的杂质。在与上述实施例相同的条件下获得的特性是：
Bs＝7400G；-20℃下HC＝45mOe和70℃下HC＝24mOe；Imax＝1.6mA。
由于该合金只含有30％的镍和约4％的铜，因此非常经济，由于它的磁性，该合金能够取代现有技术中任何已知的合金而不周重新设计马达。

Claims (5)

1、一种软磁合金，其组成包括以重量百分数表示的：
28％≤Ni＜34％
0％≤Co≤4％
0％≤Cu≤4％
1％≤Cr
0％≤Mo≤8％
0≤Nb＜1％
0≤Mn＜2％
0％≤V＜5％
0％≤W＜5％
0％≤Si＜4％
0％≤Al＜4％
0％≤C≤0.4％
任选的总量保持低于0.1％的一种或多种选自镁和钙的元素，其余是铁和熔炼产生的杂质，该化学组成进一步满足关系式：
180.5≤6Ni-2.5(Cr+Mo+V+W+Si+Al)+4(Co+Cu)≤197.5和
Co+Cu≤4％。
2、权利要求1的合金，其组成满足以下的至少一个条件：
Cr≥2％；
Mo≥1.5％；
Cr≤7.5％；
含有低于0.003％的钛。
3、权利要求2的合金，其特征进一步在于含有低于0.002％的钛。
4、一种用于钟表制造的电动马达，其定子由权利要求1到3任一项的软磁合金制成。
5、一种用于钟表制造的电动马达定子，其由权利要求1到3任一项的软磁合金制成。
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