[发明专利]一种铁铬软磁合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在较弱磁场具有高磁感应强度、低矫顽力铁铬软磁合金及其制备方法。

背景技术

随着工业技术水平及新型设备、器件的发展，对控制系统中电磁阀(铁)的要求也越来越高，不仅要适用于多种恶劣环境，而且对电磁阀(铁)小型化及在弱磁场触发下快速反应的设计需求越来越迫切。对于电磁阀(铁)来说，弱磁场的意义在于电磁阀(铁)可以在低能量下获得高的电磁吸持力：(1)电磁吸持力F∝B²·S(B：磁感应强度，S：器件截面积)，当F一定时，工作磁场下B越高，器件结构尺寸S就越小；(2)将工作磁场设计在弱磁场即材料磁化曲线陡峭段，可以提高电磁阀(铁)工作状态的反应速度。同时在弱磁场工作还可以减少磁芯线圈匝数，使电磁阀(铁)整体重量降低。所以，提高磁化曲线陡峭度(斜率)，即磁场变化很小时，磁感应强度B急剧地增加，有利于电磁阀(铁)小型化、快速反应。

目前，电磁阀(铁)常用的铁铬合金材料有0Cr13、1J116、1J117以及前苏联的16X、美国430F等，均属于耐蚀软磁类合金。它们的共同特点是具有良好的耐蚀特性和较高的饱和磁感应强度，但是在较弱磁场下或者当工作磁场处于磁化曲线的陡峭段时，所对应的磁感应强度不高，用来制造的电磁阀(铁)电磁吸持力不够，只能靠增加工作磁场及器件尺寸弥补电磁吸持力不足。有时为了降低电磁阀(铁)结构尺寸、提高反应速度甚至采用1J50合金，而1J50合金的耐腐蚀能力不如1J116等铁铬合金，在特殊环境下使用时，需要进行表面处理，这将造成对环境的严重污染，同时1J50合金比较软，容易变形并需要消耗贵重金属镍，价格较为昂贵。因此，现有的合金不能满足电磁阀(铁)小型化的设计要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种新型合金，该合金在较弱磁场下具有高磁感应强度、低矫顽力、耐蚀性良好等特性，适合小型电磁阀(铁)在弱磁场触发下产生较强的电磁吸持力。

本发明的设计指导思想：优先考虑磁性能为原则。以铁铬为主要合金元素并控制铬的含量，通过减少合金中非铁磁性元素铬的含量并采取独特的制备工艺，达到提高合金弱磁场下磁感应强度的目的。铬的选取范围控制在平衡相图中奥氏体+铁素体相区，再经过成品热处理，使之产生少量马氏体析出，对合金的磁性能起强化作用。

本发明涉及的合金成分设计方案为：将铬(质量分数，％)含量控制在9.7～11.99之间，尽量减少铬的添加量，相对增加了铁的含量，有利于提高合金弱磁场(磁化曲线陡峭段)的磁感应强度。同时通过添加钼、硅、铜、铌及稀土等元素以及对碳、硫等含量的控制，改善合金的综合性能。

在铁铬软磁合金中，铬(质量分数，％)在10～20合金具有相对较好的磁性能，但是从耐蚀性考虑只有当铁铬合金中的铬(质量分数，％)在12以上，合金才能形成致密、稳定、均匀的氧化膜，获得一定的耐蚀特性。铬是非铁磁性元素，合金中铬含量增加时，合金磁性能下降，其趋势在较弱磁场下表现得更为明显，随着磁性能迅速下降，抗腐蚀能力逐渐增强。本发明将铬(质量分数，％)含量控制在9.7～11.99之间；

钼元素的作用有两点，一是提高合金抗腐蚀特别是抗点蚀能力，改善合金的耐蚀性能，第二是简化热处理工艺，使合金最终热处理工艺的可操作性更强，便于生产加工，但是试验显示钼具有降低磁感应强度B的作用，特别是对弱磁场下的磁感应强度影响更明显，所以钼含量(质量分数，％)优选0.6～1.99；

适量的硅能提高合金电阻率及弱磁场的磁感应强度并减少损耗，但是由于硅的导热率低，影响热加工性能，因此硅的加入量控制在(质量分数，％)0.7到1.0；

铜的作用是进一步补充强化合金的抗蚀性，优选(质量分数，％)0.1～0.3；

铌与铁、铬有着差异悬殊的电子结构，是强碳化物形成元素，利用这个特点，添加(质量分数，％)0.08～0.15的铌元素，通过形成碳化铌稳定了合金中的碳，起到了间接提高合金磁性能的作用；同时抑制碳化铬的形成，避免合金的耐蚀性恶化。少量铌对合金磁性能的影响主要集中在弱磁场，对中高磁场的性能影响甚小，当铌(质量分数，％)含量超过0.15，弥散的碳化铌析出量增加，将成为凝固的晶核，从而导致晶粒细化，这将影响合金的磁性能，特别是弱磁场80A/m、240A/m下的磁感应强度B₈₀、B₂₄₀明显降低；