1J85合金是軟磁合金中的一種,通常被稱為超坡莫合金。這類合金在弱磁場(chǎng)下具有較高的初始磁導(dǎo)率μi和最大磁導(dǎo)率μm,以及較高的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度Bs和較低的矯頑力Hc,易于加工成薄帶,用于交流弱磁場(chǎng)下工作的磁頭、鐵芯、磁導(dǎo)體、磁屏蔽、傳感器等。

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某所生產(chǎn)的1J85帶材的磁性能,雖然能滿足國家標(biāo)準(zhǔn)YB/T08621996的要求,但與高性能國產(chǎn)產(chǎn)品及進(jìn)口料相比,還存在一定的差距(見表1)。因此,探討提高1J85磁性能的工藝因素,提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力,具有重要的意義。

影響1J85合金磁性能的因素,包括化學(xué)成分、表面質(zhì)量、合金純凈度以及熱處理工藝等。w為72%～83%的Ni2Fe合金中,目前最佳的磁性能值為μ4?300000,μm400000(50Hz),Hc0.4A/m，μm最高達(dá)到900000以上。根據(jù)磁化理論,要獲得高磁導(dǎo)率,必須使磁晶各向異性常數(shù)k1和飽和磁致伸縮常數(shù)λs同時(shí)趨于零。對(duì)Ni2Fe合金,k1和λs的大小不僅取決于成分,還與Ni3Fe的有序—無序有關(guān)。對(duì)于成分比較合適的合金,用熱處理方法控制合金中的有序程度,可以達(dá)到使磁晶各向異性常數(shù)k1和飽和磁致伸縮常數(shù)λs同時(shí)趨于零,從而獲得高磁導(dǎo)率是可行的。日本的研究者們認(rèn)為,通過控制工藝條件,使PC合金晶粒粗大化,可以提高PC坡莫合金的磁性能。

1試驗(yàn)方法

1.?1試樣

試樣為經(jīng)ZG2200真空感應(yīng)爐熔煉的1J85合金,化學(xué)成分符合YB/T08621996[2]。合金澆注成錠,鍛成坯,再經(jīng)過1200℃熱軋成4.0mm的帶坯,然后酸洗,冷軋。冷軋的工藝流程為4.0mm帶坯→四輥軋機(jī)初軋至1.2mm→240kW光亮退火爐中間退火→縱剪機(jī)去毛邊→四輥軋機(jī)軋至成品0.1mm×200mm或者0.35mm×200mm的帶材。中間退火溫度為800℃,采用通H2連續(xù)退火,連續(xù)退火速度為3m/min,終軋壓下率為60%。

1.?2試樣的制備及測(cè)量方法

取0.1mm×10mm×3m及0.35mm×10mm×3m的1J85合金帶,用MgO電泳涂層,卷成環(huán)形樣品。磁場(chǎng)退火在高純氫氣中進(jìn)行。使用沖擊法測(cè)量其靜態(tài)磁性能。對(duì)不同厚度試樣,分別采用不同的最終退火工藝進(jìn)行研究。

1.?3試驗(yàn)方案

1J85合金帶,原最終熱處理制度為1200℃高純H2中保溫3h,隨后以150℃/h的冷卻速度降溫至480℃,隨爐冷卻到300℃出爐。雖然提高退火溫度,磁導(dǎo)率會(huì)提高,矯頑力會(huì)下降,但過高的熱處理溫度反而會(huì)使磁導(dǎo)率有所降低,因此試驗(yàn)中最終高溫退火溫度選擇為1200℃。近角聰信認(rèn)為5Mo坡莫合金的居里點(diǎn)約為400℃,在300～500℃間存在著一個(gè)使各向異性常數(shù)為零的適當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟取６@類合金在300～600℃對(duì)回火制度十分敏感,要獲得較高的磁導(dǎo)率,中溫保溫溫度不能低于此值。試驗(yàn)中二次退火溫度選擇在500℃。

(1)厚度為0.1mm合金的熱處理制度圖1方案①為原熱處理制度;方案②在原熱處理制度基礎(chǔ)上增加600℃中溫退火2h,隨爐冷卻到300℃出爐;方案③700℃后拉出高溫區(qū)快冷,冷卻速度為約300℃/h,冷卻到300℃出爐;方案④為方案①基礎(chǔ)上增加1200℃高純H2中保溫時(shí)間至5h;方案⑤為方案④基礎(chǔ)上增加500℃通H2保溫1h,然后快冷吹風(fēng),冷卻速度約400℃/h,冷卻到300℃出爐。

(2)?厚度為0.35mm合金的熱處理制度圖2方案①為原熱處理制度增加高溫保溫時(shí)間至5h;方案②為1200℃高純H2中保溫5h,隨后以150℃/h的冷卻速度降溫至550℃,拉出爐體,快速冷卻(400℃/h),到300℃出爐;方案③為方案①基礎(chǔ)上增加高純H2中500℃二次中溫退火1h,然后快冷吹風(fēng),冷卻速度約400℃/h,冷卻到300℃出爐。

2結(jié)果與討論

2.?1熱處理方案對(duì)磁性能的影響

對(duì)于厚度為0.1mm的1J85合金帶,方案②、③、④、⑤與原熱處理方案相比的結(jié)果見圖3、圖4。方案②、③與原方案的對(duì)比結(jié)果顯示,采用600℃以下快速冷卻的熱處理方案,對(duì)初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率有一定的提高。對(duì)Ni2Fe合金,k1和λs的大小不僅取決于成分,還與Ni3Fe的有序度有關(guān)。Ni3Fe的有序—無序轉(zhuǎn)變溫度大約在500～510℃,因而降溫過程中,600℃以下快速冷卻對(duì)k1和λs影響顯著。

此外,對(duì)于厚度為0.1mm的1J85合金帶,采用方案①、④、⑤的對(duì)比結(jié)果顯示,增加高溫退火時(shí)間對(duì)磁性能的改善效果明顯,這主要是由于增加退火時(shí)間能使組織和成分更均勻,同時(shí)有利于晶粒粗大化。對(duì)于1J85合金,從高溫冷卻過程中,600℃以下冷卻速度快,雖然能夠提高磁導(dǎo)率,但是快速冷卻常常使內(nèi)應(yīng)力大,從而影響磁導(dǎo)率。而方案⑤中采用500℃二次中溫退火的熱處理制度,消除了內(nèi)應(yīng)力,因而與方案①、④相比,對(duì)初始磁導(dǎo)率的提高較顯著,對(duì)最大磁導(dǎo)率μm提高不顯著。

對(duì)于厚度為0.35mm的1J85合金帶,方案②、③與方案①的對(duì)比結(jié)果見圖5、圖6。結(jié)果顯示600℃后快速冷卻及500℃通H2二次退火1h對(duì)初始磁導(dǎo)率μ0.08的影響效果顯著,這與厚度為0.1mm的1J85合金帶的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。而對(duì)于最大磁導(dǎo)率μm而言,方案②、③相比,500℃通H2二次退火對(duì)磁性能有良好的改善,可以將μm由298000提高到368000(爐號(hào)705)。

(3)?合金成分對(duì)磁性能的影響對(duì)于高Ni坡莫合金,要獲得高初始磁導(dǎo)率,主要是使k1和λs同時(shí)趨近于零。k1和λs強(qiáng)烈地依賴于成分,而且k1對(duì)600～300℃溫區(qū)的冷卻速度或等溫回火溫度十分敏感。因而,若使k1和λs同時(shí)趨近于零,必須把合金成分和熱處理恰當(dāng)?shù)亟Y(jié)合。合金成分符合YB/T08621996,鎳含量w為80.0%～81.5%,鉬含量5.0%～6.0%。由試驗(yàn)結(jié)果可見,鉬含量高的爐號(hào)(699Mo5.68%、705Mo5.75%)提高冷卻速度并沒有明顯提高初始磁導(dǎo)率,而爐號(hào)699的最大磁導(dǎo)率反而降低。這說明少量Mo使有序化轉(zhuǎn)變溫度降低,對(duì)該合金中有序化起到了一定的抑制作用,無須快冷也可以獲得較高的磁導(dǎo)率。而快速冷卻使內(nèi)應(yīng)力增大,影響磁導(dǎo)率。因而對(duì)于Mo含量高的合金,可以在爐冷條件下獲得較高的磁導(dǎo)率。采用600℃以下快速冷卻的熱處理方案對(duì)合金成分Ni高M(jìn)o低的爐號(hào)(630Ni81.12%,Mo5.13%;647Ni81.29%,Mo5.09%;707Ni81.24%,Mo5.18%)的μ0.08提高顯著?？梢詫t號(hào)630的μ0.08由65400提高到168000(0.1mm),爐號(hào)647的μ0.08由108000提高到188000(0.1mm),爐號(hào)707μ0.08由82100提高到134000(0.35mm)。這可能與有序化轉(zhuǎn)變有關(guān),快速冷卻降低了有序化度。因此對(duì)于1J85合金,當(dāng)成分含量為Ni高M(jìn)o低時(shí),快冷有利于獲得較好的磁導(dǎo)率。

3結(jié)論

(1)?對(duì)厚度為0.1mm的1J85合金帶,采用600℃以下快速冷卻的熱處理方案,對(duì)初始磁導(dǎo)率和最大磁導(dǎo)率有一定的提高。增加高溫退火時(shí)間及采用500℃二次中溫退火,然后快速冷卻的熱處理制度,對(duì)初始磁導(dǎo)率的提高較顯著,可以將μ0.08提高到188000,對(duì)最大磁導(dǎo)率μm提高不顯著。

(2)?對(duì)厚度為0.35mm的1J85合金帶,采用600℃后快速冷卻及500℃通H2二次退火1h,對(duì)初始磁導(dǎo)率μ0.08的影響效果顯著,爐號(hào)707的μ0.08由82100提高到134000。而對(duì)于最大磁導(dǎo)率μm而言,方案②、③相比可見,500℃通H2二次退火對(duì)磁性能有良好的改善,可以將μm由298000提高到368000(爐號(hào)706)。

(3)?對(duì)于Mo含量高的合金(爐號(hào)699Mo5.68%、爐號(hào)705Mo5.75%),提高冷卻速度并沒有明顯提高磁導(dǎo)率,因而可以在爐冷條件下獲得較高的性能。

(4)對(duì)合金成分Ni高M(jìn)o低的爐號(hào)(爐號(hào)630Ni81.12%,Mo5.13%,爐號(hào)647Ni81.29%,Mo5.09%,爐號(hào)707Ni81.24%,Mo5.18%),快冷有利于獲得較好的磁導(dǎo)率μ0.08。可以將爐號(hào)630的μ0.08由65400提高到168000(0.1mm),爐號(hào)647的μ0.08由108000提高到188000(0.1mm),爐號(hào)707的μ0.08由82100提高到134000(0.35mm)。