[发明专利]含稀土的高磁导率Ni-Fe软磁合金及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明属于金属功能材料领域，涉及一种镍铁合金，具体涉及一种含有稀土元素的镍铁软磁合金。

背景技术

软磁合金属于精密合金范畴，广泛用于能源交通、环境保护等领域，由于其拥有的低矫顽力和高磁导率性能，常用于制作磁导体、磁屏蔽、电机的转子和定子、变压器和继电器的铁芯及各种通讯、传感、记录等工程中的磁性元件。目前，镍铁合金（坡莫合金permalloy）已成为软磁合金中品种最多、规格最全的合金系列，在各行各业中，特别是在电子行业中起着重要的作用。

我国拥有丰富的稀土矿产资源，成矿条件优越，堪称得天独厚，探明的储量居世界之首。并且，稀土元素具有独特不满亚层电子结构，蕴含着其它元素不可替代的特殊功能。稀土元素的共性是：

①有独特亚层，

②有大的原子磁矩各向异性（磁性材料），

③有很强的自旋轨道藕合特性，

④有丰富的能级和电子跃迁特性，

⑤稀土元素激活离子种类比晶体少，容易制备，灵活性比晶体大。

由于其特殊功能，稀土元素已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。另外，在钢铁、铸铁和合金中加入少量稀土能大大改善性能。用稀土制得的磁性材料其磁性极强，用途广泛。例如，公开号为CN1275238A的中国发明专利公开了一种软磁铁-镍合金，名称为‘具有低矫顽磁场强度、高磁导率和改善了抗腐蚀性的’，其具有35~65%的镍和0.003~0.05%的一种或多种稀土金属铈、镧、镨、钕，添加稀土后该软磁铁-镍合金的耐腐蚀性能得到了改善。日本申请特昭55-73840公开了一种改善耐磨性能的高磁导率磁性合金，通过增加铬，使磁性产品的表面耐磨性得到改善，但是上述二者对于磁性能的改进并未提及。因此，在此现有技术的基础上，本申请的发明人在Ni-Fe合金中添加稀土元素，发现具有良好的合金化效果，进一步总结成分-结构-性能之间的相互关系，并根据各类磁特性的要求添加合适的稀土元素并合理调整合金的成分、对制造工艺进行设计和控制。为了提高Ni-Fe合金的磁性能，进一步调整稀土Ni-Fe合金的成分比例和进行生产流程的新工艺和新技术。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种含有稀土元素的高磁导率Ni-Fe软磁合金，通过添加合适的稀土元素并合理调整合金的成分，使其具有良好的合金化效果，从而改善Ni-Fe合金的原始显微组织，进而改善Ni-Fe合金的综合磁性能和力学性能。

本发明的第二个目的在于提供了上述含有稀土元素的高磁导率Ni-Fe软磁合金的制备方法。

本发明的第三个目的在于提供了上述含有稀土元素的高磁导率Ni-Fe软磁合金的用途。

本发明的设计思路如下：

在本发明所提出的含有稀土元素的Ni-Fe合金中，镍能提高初始磁导率；铁能提高饱和磁感应强度；钼能改善Ni-Fe合金的性能，使磁晶各向异性系数K₁=0和磁致伸缩系数λs=0，并且提高电阻率，扩大高磁导率的范围；硅能简化热处理工艺，改善磁性对温度的稳定性和均匀性，提高电阻率；锰改善磁性均匀性和对温度的稳定性，改善合金的热加工性；铜改善磁性对温度的稳定性和冷加工性，降低磁性对应力的敏感性。虽然添加硅，铜等可以改善软磁性能，但是会使得合金的Bs值不同程度降低。

磁致伸缩系数λs和磁晶各向异性系数K是影响磁性能的不可忽视因素，其不但与合金成分有关，还与热处理工艺有关。经研究发现，钆、铽、镝、钐、镨5种稀土元素按适当配比加入Ni-Fe合金后明显改善合金的K₁和λs值，从而进一步影响Ni-Fe合金的磁性能。其中，稀土钆对合金的低温磁性能影响很大，铽对合金的磁晶各向异性系数K₁和磁致伸缩系数λs影响很大，其他几种稀土元素对合金的物理性能和机械性能影响大。

本发明的关键在于：选择性的添加了镧系稀土元素，优先选择的稀土元素为64号元素钆（Gd），核外电子排布为2，8，18，25，9，2，其不满活性大，能级比高。

类似地，本发明的稀土元素还可以选择：铽、镝、钐、镨这4种，分别为65，66，62，59号元素，它们外层电子活性大，在受到电磁场激发的情况下，容易产生电子能级跃迁，得到较高的磁导率值。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：