[发明专利]一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法

说明书

本发明公开一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，它是将非晶合金丝两端用专用夹具固定，外接专用退火电源，通过专用软件控制电源输出可调脉冲方波电流，该电流产生瞬时焦耳热和环向磁化磁场，使非晶丝的磁滞伸缩系数更接近于零，有效地提高了环向磁各向异性和环向磁导率，改善GMI性能，具有较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度，利用退火后的非晶丝可制备出高灵敏度、高分辨率和高精度的GMI传感器，该工艺操作简便、能耗低、效率高，且不易造成非晶合金丝局部过热晶化和表面氧化等，能广泛应用于磁敏材料热处理和磁敏传感器技术领域。

技术领域

本发明涉及一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，属于磁敏材料热处理和磁敏传感器技术领域。

背景技术

随着外界磁场的微弱变化，敏感材料的交流阻抗发生巨大的变化，这种现象被称为巨磁阻抗(Giant Magneto Impedance,GMI)效应。基于该效应制备的磁敏传感器被称为GMI传感器。

为了获得高灵敏度、分辨率和使用精度的GMI传感器，要求敏感材料具有优异的GMI性能，也即较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度。在现有的敏感材料中，钴基非晶合金丝是最理想的敏感材料之一，且已经用于制造商业GMI传感器。目前，商业制备非晶合金丝的主要方法是水纺法和泰勒法，水纺法制备的非晶合金丝直径较大，还需要后续拉拔处理；类似工艺的快冷过程使非晶合金丝内部存在很大的残余应力，且内部结构不均匀，各向异性分布不均匀，严重制约其GMI及软磁性能，并不能满足高精度磁敏传感器对敏感材料的实际应用需求，需经适当的调制退火处理来消除内应力、调整结构驰豫和提高环向磁各向异性及环向磁导率，进而改善GMI性能。

目前，常见的调制方法有等温退火、应力退火、电流退火等。等温退火可有效释放非晶丝的残余应力，促进结构驰豫，但是该方法功耗大、效率低，且不利于非晶合金丝环向磁畴的形成。应力退火通过拉应力或者扭矩改变磁弹性能，诱导磁畴改变，提高非晶丝的环向各向异性和环向磁导率，但是该方法对设备的稳定性、使用寿命和夹具的要求都比较高。电流退火通过焦耳热和环向磁化磁场，不但释放非晶丝的残余内应力，引起无规原子迁移效应，调整微结构弛豫并扩大原子规则排列微区和原子磁矩有序取向区，磁滞伸缩系数变得更接近于零，磁弹性能相对较低，而且在环向磁场的作用下，轴向磁畴体积减小，环向磁畴体积扩大，有效提高环向磁各向异性和环向磁导率，因此，电流退火是比较好的调制方法。但是，当退火电流为恒定直流时，电流密度大小变的十分重要，电流焦耳热产生的温度合适时，环向磁场不够大，而电流密度过大，非晶丝容易发生局部过热晶化和表面氧化。当退火电流为正弦交流时，过热晶化现象减弱，但是环向磁场的有效作用时间仍然较短，GMI性能还有待提高；电流频率不够高时，因电流变化而造成的温度波动较大，不利于获得性能均一稳定的处理效果；因此，提供一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，产生瞬时的焦耳热和环向磁场，延长环向磁场有效作用时间，充分释放非晶丝的残余内应力，调整微结构弛豫并扩大原子规则排列微区和原子磁矩有序取向区，使非晶丝内感生出良好的环向各向异性，同时避免非晶合金丝局部过热晶化和表面氧化，对高性能GMI传感器的制备具有十分重要的意义。

发明内容

本发明为了使非晶合金丝具有较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度，提供一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法。

本发明的一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法是按以下步骤进行的：

1）使用专用夹具将非晶合金丝两端固定，专用夹具连接专用退火电源；

2) 通过专用软件界面控制，专用退火电源输出可调脉冲方波电流，脉冲方波电流通过专用夹具流经非晶合金丝，产生瞬时焦耳热和环向磁场，采用控制变量法，调节脉冲方波电流的各项参数，分别在不同电流退火参数下对非晶合金丝进行退火处理并完成退火参数优化，脉冲方波电流的各项参数范围如下：

脉冲方波电流幅值：50mA～150mA

脉冲方波电流占空比：20%-100%