一种具有高磁致扭转性能的Co‑Fe合金丝及其制备方法

摘要

本发明属于磁性材料领域，涉及到一种具有高磁致扭转性能的Co‑Fe合金丝及其制备方法。其特征在于：该合金丝成分组成为Co

说明书

技术领域

本发明属于磁性材料领域，涉及一种具有高磁致扭转性能的Co-Fe合金丝及其制备方法。

背景技术

铁磁性及亚铁磁性物质在磁化状态发生改变时，其自身的长度及体积发生微小的变化，这种现象称为磁致伸缩现象。铁磁性材料同时受到轴向磁场Ha和周向磁场Hc作用时，会引起材料产生一个扭转，扭转角为Φ，这种磁致扭转现象称为威德曼效应(Wiedemann effect)。威德曼效应和磁致伸缩效应都是铁磁性材料的一种磁机械效应。自从被发现以来，人们一直认为它们之间是紧密相连的，或者说威德曼效应就是磁致伸缩效应的一种特殊情况，拥有大磁致伸缩的材料通常也具备大的磁致扭转。

传统铁磁性材料指的是纯Ni、Ni基合金、Fe基合金以及铁氧体材料。具有磁致伸缩及磁致扭转性能的丝材在液位传感器和位移传感器等领域有广泛的应用。目前，公开报道的磁致伸缩位移传感器(MDS)的波导丝大多由饱和磁致伸缩系数不足30ppm的Fe-Ni合金丝，此类的MDS位移检测量不超过5m(LuYun,Shen Rong,Feng Zhesheng,et al.Research on properties ofmagnetostriction Ni-Fe alloy for dis placement sensor[J].Journal of Functional Materials,2009.40(11):1791-1793)；而以Tb-Dy-Fe为代表的超磁致伸缩材料虽然理论上应具备较大的磁致扭转系数，但具有抗拉强度低、质地较脆不容易制备成磁致扭转应用时所需要的丝材。所以，一种具有优异力学性能易于制备成丝材，同时又具备较大大的磁致伸缩及磁致扭转性能的材料是极有应用前景的。人们发现Fe-Ga合金具有高的机械强度和较好的塑性具有加工成为丝材的可能性，2010年，我国的李纪恒等对Fe₈₃Ga₁₇合金进行了定向凝固、热旋锻、热拉拔、回复再结晶热处理，得到具有良好织构的Fe-Ga合金丝，合金丝饱和磁致扭转系数约为245″·cm^-1。(J.H.Li,X.X.Gao,T.Xia,L.Cheng,X.Q.Bao>1-xFe_x>

发明内容

本发明的目的是制备一种具有高磁致扭转性能的Co-Fe合金丝，该合金丝的磁致扭转系数可达700″·cm^-1以上，磁致伸缩系数达120ppm以上。

本发明具体实施步骤为：

1、按原子百分比熔炼Co_100-x-yFe_xM_y合金，其中x＝15.5～40，y＝0.1～15，且x+y＝15～45；M为B、Cr、Ni、V、Ti、Ga、Mn、MnS、NbC中的一种或多种。所述熔炼是按所设计合金成分进行配料并加入适量烧损；用真空感应炉冶炼母合金；使原料熔化形成合金后精炼5～10min，浇注成合金锭；合金锭在1100～1300℃保温10～24h以均匀组织成分；

2、将合金锭在1100～1250℃锻造成直径10～25mm的圆柱形坯料；

3、在950～1150℃温度下进行热拉拔，热拉拔后丝材直径为2～6.5mm，将热拉拔后的丝材置于氢气热处理炉内，通入氢气，随炉升温至800～1150℃，保温0.5～15min后取出空冷；

4、冷拉拔，变形量为45％～82％。将丝材通过连续热处理炉进行一次退火，退火温度为300～900℃，丝材在保温区内时间为0.2～15min，继续冷拉拔至直径为0.5mm；

5、加载拉应力使合金丝拉直，并加载0.5～100A的电流，加载时间0.1～2min，进行通电流热处理；然后在氩气中进行恒温热处理，热处理温度为400～1000℃，热处理时长为0.1～1.5h。

6、得到产品。

采用本发明方法所获得的Co-Fe合金丝材，取向度高，磁致扭转系数可达700″/cm以上，沿拉拔方向具有较高的磁致伸缩性能，磁致伸缩系数达120ppm以上，抗拉强度大于680MPa，断面收缩率大于62.3％，延伸率大于10.7％。

本发明的优点在于：

1)M合金元素的加入，可以促使织构形成；成品丝材中以CoM或者FeM析出相的形式存在，弥散强化改善材料力学性能。

2)制备了具有强<110>丝织构的Co-Fe合金丝。

3)本发明采用的制备工艺易于推广，成品率高，有利于大规模生产。

附图说明

图1为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材的磁致伸缩性能曲线。

图2为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材的磁致扭转曲线。

图3为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材的反极图。

具体实施方式

实施例1：具有高磁致扭转性能的Co₆₅Fe_34.8Ti_0.1Ni_0.1合金丝材及其制备方法

使用纯度大于99.9％的Co和99.99％的Fe，按原子百分比配料。将配好的原料放入真空感应炉，抽真空后通入氩气作为保护气体，感应加热至完全熔化后浇注成锭，合金锭在1150℃保温8h以均匀组织成分；在1150℃旋锻成直径为15mm的圆柱形坯料；将锻后的合金在950℃热拉拔；热拉拔道次为3，热拉拔后丝材直径为3.5mm，将热拉拔后的丝材置于氢气热处理炉内，通入氢气，随炉升温至850℃，保温3min后取出空冷。然后常温下冷拉拔，冷变形量为85.7％，冷拉拔道次为13，最终获得直径0.5mm的丝材，当丝材直径为1.4mm时，将丝材通过连续热处理炉进行热处理，热处理温度为650℃，丝材通过保温区用时5min。将合金丝材两端固定并加载拉应力使合金丝拉直，在丝材两端加载交流电，加载等效电流为70A，加载时间30s。然后将丝材置于氩气热处理炉内，通入氩气，随炉升温至400℃，保温0.5h后空冷。最终获得的Co₆₅Fe_34.8Ti_0.1Ni_0.1合金丝材最大磁致伸缩系数(3/2)λ_s为122.4ppm，最大磁致扭转系数为736.3″/cm。

实施例2：具有高磁致扭转性能的(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材及其制备方法

使用纯度大于99.9％的Co、99.99％的Fe、铌铁、铁碳合金，按原子百分比配料。将配好的原料放入真空感应炉，抽真空后通入氩气作为保护气体，感应加热至完全熔化后浇注成锭，合金锭在1200℃保温20h以均匀组织成分；在1150℃旋锻成直径为15mm的圆柱形坯料；将锻后的合金在950℃热拉拔；热拉拔道次为2，热拉拔后丝材直径为6mm，将热拉拔后的丝材置于氢气热处理炉内，通入氢气，随炉升温至900℃，保温3min后取出空冷。然后常温下冷拉拔，冷变形量为86.7％，冷拉拔道次为15，最终获得直径0.8mm的丝材，当丝材直径为2.1mm时，将丝材通过连续热处理炉进行热处理，热处理温度为850℃，丝材通过保温区用时20s。将合金丝材两端固定并加载拉应力使合金丝拉直，在丝材两端加载交流电，加载等效电流为30A，加载时间2min。然后将丝材置于氩气热处理炉内，通入氩气，随炉升温至800℃，保温1h后空冷。图1为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材的磁致伸缩性能曲线，其最大磁致伸缩系数(3/2)λ_s为130.7ppm。图2为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材的磁致扭转曲线，其最大磁致扭转系数为972.5″/cm，图3为热处理后(Co₇₀Fe₃₀)_99.9(NbC)_0.1合金丝材沿拉拔方向的反极图。