Магнитный сплав для отжига в окислительной среде и способ его производства

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к быстрозакаленным магнитным сплавам. Предлагаемый магнитный сплав для отжига в окислительной среде содержит компоненты при следующем соотношении, ат. % : медь 0,5 - 2; молибден 0,5 - 5; ниобий 0,001 - 4,5; кремний 12 - 18; бор 7 - 12; железо остальное, причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2 - 5 ат. % . Для получения после отжига на воздухе наибольшей магнитной проницаемости необходимо, чтобы отношение молибдена к сумме молибдена и ниобия составляла 0,5. В результате отжига получается сплав, структура которого не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 100 нм. Способ производства сплава включает формирование на поверхности ленты пленки оксида молибдена, которая препятствует внутреннему окислению сплава после отжига в окислительной среде, причем толщина пленки составляет не менее 5 нм. Отжиг по изобретению проводят при 500 - 650С в течение 1 - 100 мин, а также можно проводить при температуре кристаллизации. Скорость нагрева и охлаждения составляет 1 - 100С/мин, причем нагрев и охлаждение можно проводить в магнитном поле. Перед смоткой в сердечник на поверхность ленты наносят изоляционное покрытие толщиной 0,5 - 5 мкм. 2 с. и 12 з. п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к быстрозакаленным магнитным сплавам.

Известно [1] , что для получения высоких магнитных свойств сплавы отжигают в вакууме или восстановительной атмосфере. Также важен выбор атмосферы для отжига магнитного сплава [2] , выбранного в качестве прототипа, который имеет формулу (Fe_1-aМ_а)_100-х-y-z-bR_bCu_xSi_yВ_z, где М-Со и/или Ni; R - по крайней мере один компонент из группы Nb, W, Та, Zr, Нf, Тi, Мо. Численные значения индексов находятся в интервалах а= 0-0,5; b= 0,1-30; х= 0,1-3; y= 0-30; z= 0-30; (y+z)= 5-30. В этом сплаве наилучшие магнитные свойства получаются после отжига в вакууме или восстановительной атмосфере [3] . Поэтому для отжига сплава необходимо специальное оборудование. Технические трудности возникают также при проведении термомагнитной обработки. Все это снижает производительность процесса производства магнитного сплава. С другой стороны, наиболее дешевым и простым способом является отжиг на воздухе.

Цель изобретения - магнитный сплав для отжига в окислительной среде и способ его производства.

На чертеже показана зависимость проницаемости в магнитном поле 0,08 А/м от температуры отжига на воздухе сплава Fe_73,5Cu₁(Мо_хNb_1-х)₃Si_13,5В₉.

Ленточные кольцевые сердечники выдерживали при температуре отжига в течение 10 мин. Скорость нагрева и охлаждения составляла 20^оС/мин. В результате отжига формировалась нанокристаллическая структура магнитного сплава со средним размером зерна 20-50 нм. Из чертежа следует, что магнитный сплав, содержащий ниобий (х= 0, кривая 1), после отжига на воздухе имеет начальную проницаемость не более 50000. Низкая величина магнитной проницаемости связана с внутренним окислением магнитного сплава. Оксидные подповерхностные включения, обладая низким коэффициентом термического расширения, создают в материале сжимающие напряжения и ухудшают магнитные свойства сплава.

Полная замена ниобия молибденом (х= 1, кривая 5) позволяет повысить магнитную проницаемость до 100000 за счет образования на поверхности ленты пленки оксида молибдена, которая препятствует внутреннему окислению при отжиге в окислительной среде. Оксидная пленка формируется как в процессе быстрой закалки расплава, так и при последующем отжиге сердечников. Толщина пленки составляет 5-10 нм. Высокая магнитная проницаемость сплава с х= 1 получается в узком интервале температуры отжига, поскольку молибден менее эффективен для сдерживания роста зерен, чем ниобий. Температурный интервал расширяется за счет частичной замены молибдена ниобием. Так интервал температуры отжига, при котором магнитная проницаемость превышает величину 80000, составляет 20, 30, 50, 60, 0^оС при последовательном замещении молибдена ниобием (кривые 5,2,3,4,1). Из чертежа также следует, что оптимальным по уровню магнитных свойств и стабильности их получения является отношение молибдена к сумме молибдена и ниобия, равное х= 0,5.

Таким образом, предлагается магнитный сплав для отжига в окислительной среде, содержащий железо, медь, молибден, ниобий, кремний и бор, который содержит компоненты при следующем соотношении, ат. % : медь 0,5-2; молибден 0,5-5; ниобий 0,001-4,5; кремний 12-18; бор 7-12; железо - остальное, причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2-5 ат. % . При этом существенным является то, что молибден и ниобий вводят в сплав одновременно.

Известен способ производства быстрозакаленных магнитных сплавов 4] , выбранный в качестве прототипа, включающий в себя расплавление сплава и его разливку на вращающийся барабан-холодильник, смотку полученной ленты в сердечники и их отжиг. Отличие предлагаемого способа от прототипа состоит в выборе сплава, который содержит компоненты при следующем соотношении, ат. % : медь 0,5-2; молибден 0,5-5; ниобий 0,001-4,5; кремний 12-18; бор 7-12, железо - остальное, причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2-5 ат. % , а в процессе разливки сплава и отжига сердечников в окислительной среде на поверхности ленты формируется пленка оксида молибдена, которая предохраняет сплав от внутреннего окисления и способствует получению высоких магнитных свойств сердечников. Введение молибдена повышает критическую толщину охрупчивания быстрозакаленной ленты, и тем самым улучшает технологические качества предлагаемого сплава и повышает выход годной продукции.

При отжиге магнитного сплава происходит кристаллизация с образованием нанокристаллических зерен. Для получения наиболее высоких свойств размер зерна не должен превышать 100 нм. Для оптимизации процесса отжига температуру отжига выбирают равной температуре кристаллизации сплава. При использовании сердечников в области высоких частот на поверхность ленты наносят изоляционное покрытие толщиной 0,5-5 мкм.

Зависимость проницаемости в магнитном поле 0,08 А/м от температуры отжига на воздухе сплавов Fе_73,5Cu₁(Мо_хNb_1-х)₃ Si_13,5В₉, где х= 0; 0,25; 0,50; 0,75; 1 (кривые 1-5 соответственно) показана на чертеже.

П р и м е р. В индукционной вакуумной печи выплавляли сплавы, состав которых соответствует формуле Fе_75,5-b(Мо_хNb_1-х)_b Cu₁Si_13,5В₉, где х - отношение содержания молибдена к сумме молибден и ниобий, b - сумма компонентов молибден и ниобий. Разливку расплава проводили на установке "Сириус - 150/0,02М". Толщина полученной быстрозакаленной ленты составляла 25 ± 3 мкм. Сердечники диаметром 32х20 мм и высотой 10 мм отжигали при 540^оС 1 ч на воздухе. Результаты измерений представлены в таблице. В ней же приведены данные отжига тех же образцов в вакууме (р < 0,1 Н/м²).

Магнитная проницаемость в поле 0,08 А/м после отжига на воздухе и в вакууме сплава Fе_75,5-b(Мо_хNb_1-х)_bCu₁Si_13,5В₉.

Из таблицы следует, что введение молибдена в магнитный сплав позволяет получить высокую магнитную проницаемость после отжига на воздухе. С другой стороны, избыточное содержание молибдена приводит к резкому ухудшению магнитных свойств после отжига в вакууме. Оптимальным для отжига на воздухе является сплав с отношением содержания молибдена к сумме молибдена и ниобия 0,5. (56) Прецизионные сплавы. Справочник под ред. Б. В. Молотилова. М. : Металлургия, 1983, с. 344-349.

Патент ЕПВ N 0271657, кл. Н 01 F 1/14, 1987.

Заявка Японии N 64-79342 кл. С 22 С 38/00, 1989.

Судзуки К. , Фудзимори Х. и Хасимото К. Аморфные металлы. М. : Металлургия, 1987, с. 16-26.

Формула изобретения

1. Магнитный сплав для отжига в окислительной среде, содержащий железо, медь, молибден, ниобий, кремний и бор, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат. % : Медь 0,5 - 2,0 Молибден 0,5 - 5,0 Ниобий 0,001 - 4,5 Кремний 12 - 18 Бор 7 - 12 Железо Остальное 2. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляет 0,1 - 1,0.

3. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляет 0,5.

4. Сплав по п. 1, отличающийся тем, что структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 100 нм.

5. Способ производства магнитного сплава, включающий расплавление сплава, его разливку на вращающийся барабан-холодильник, смотку полученной ленты в сердечник и его отжиг, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат. % : Медь 0,5 - 2,0
Молибден 0,5 - 5,0
Ниобий 0,001 - 4,5
Кремний 12 - 18
Бор 7 - 12
Железо Остальное
причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2 - 5 ат. % , а в процессе разливки сплава и отжига в окислительной среде на поверхности ленты формируют защитную пленку оксида молибдена.

6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляет 0,1 - 1,0.

7. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляет 0,5.

8. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отжиг проводят на воздухе.

9. Способ по п. 5, отличающийся тем, что толщина пленки оксида молибдена составляет не менее 5 нм.

10. Способ по п. 5, отличающийся тем, что отжиг проводят при 500 - 650^oС в течение 1 - 100 мин.

11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что отжиг проводят при температуре кристаллизации.

12. Способ по п. 10, отличающийся тем, что скорость нагрева и охлаждения составляет 1 - 100^oС/мин.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что охлаждение проводят в магнитное поле.

14. Способ по п. 5, отличающийся тем, что перед смоткой в сердечник на поверхность ленты наносят изоляционное покрытие толщиной 0,5 - 5 мкм.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2