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一种超低温磁屏蔽用软磁 合金带材及制备方法

阅读：540发布：2020-05-08

专利汇可以提供一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材及制备方法，属于软磁合金技术领域。其化学成分质量百分比为C 0～0.02％，Ni 75.0～80.0％，Cu 2.0～4.7％，Mo 1.0～3.4％，Ce 0.001～0.05％，Si 0～0.5％，Mn 0.2～1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。最终产品在液氮温度下的磁性能为：初始磁导率μ0.08为118.6mH/m，磁导率μ0.4为316.9mH/m，最大磁导率μm为686.3mH/m，矫顽力 Hc为0.46A/m，饱和磁感应强度Bs为0.92T。当温度从-60℃降低到液氦温度时，该合金带材的初始磁导率呈增加趋势。合金生产过程包括：真空冶炼、锻造、热轧、冷轧、退火、成品轧制、磁性能热处理步骤。优点在于，合金带材在超低温下具有高的磁导率，适合于制作超低温下磁屏蔽装置。，下面是一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材及制备方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材，其特征在于，化学成分质量百分比为C 0～
0.02％，Ni 75.0～80.0％，Cu 2.0～4.7％，Mo 1.0～3.4％，Ce 0.001～0.05％，Si 0～
0.5％，Mn 0.2～1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的超低温磁屏蔽用软磁合金带材，其特征在于，该合金带材在液氮温度下的磁性能：初始磁导率μ0.08在磁场0.08A/m下测量为118.6mH/m，磁导率μ0.4在磁场
0.4A/m下测量为316.9mH/m，最大磁导率μm为686.3mH/m，矫顽力Hc为0.46A/m，饱和磁感应强度Bs为0.92T。
3.一种权利要求1所述合金带材，其特征在于，当温度从-60℃降低到液氦温度时，该合金带材的初始磁导率呈增加趋势。
4.一种权利要求1或2所述超低温用磁屏蔽用软磁合金带材的制备方法，其特征在于，具体工艺步骤及控制的技术参数如下：
(1)真空冶炼：相关原材料按比例混合后装入坩埚；合金精炼温度为1500～1590℃，出钢温度为1430～1500℃；
(2)锻造、热轧：在1240～1300℃下锻造为40～90mm厚的扁坯；锻造后扁坯在1240～
1300℃下进行热轧，热轧总变形量为90～97％；
(3)冷轧：合金初轧变形量控制在30～80％；
(4)退火：初轧后的合金带材在保护气氛中进行退火，退火温度为900～1100℃，保温时间为0.5～5min；
(5)成品轧制：合金成品变形量控制在30～80％；
(6)成品热处理：成品磁性能测试前需进行热处理，退火温度为1100℃～1200℃，保温时间为3～8h，冷却速度为50～400℃/h，冷却到200℃以下出炉，在氢气或真空环境进行。

说明书全文

一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材及制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于铁镍软磁合金技术领域，特别是提供了一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材及制备方法。

背景技术

[0002] 超低温磁屏蔽软磁合金材料是我国的战略新型功能材料，超低温度磁屏蔽主要指在液氮温度、液氦温度及绝对零度下对关键设备的地磁场屏蔽，以提高关键设备及数据的精度，主要应用于核物理方面超导电子激光装置、量子计算机、量子通信等在超导下工作设备的磁屏蔽。

[0003] 磁屏蔽是指对低频率电磁波的屏蔽，主要选用软磁合金材料制作磁屏蔽装置，利用其高的磁导率，吸收周边的电磁波，对所保护的装置进行屏蔽。而地磁场是一种很弱的磁场，屏蔽地磁场需要具有高初始磁导率的软磁合金。目前，具有高初始磁导率的软磁合金主要有1J79、1J85及1J77，而1J79、1J85、1J77合金在液氮温度的磁导率大幅降低，1J79在液氮温度下初始磁导率μ0.08仅为20mH/m，较室温下磁导率降低了60％，1J85在液氮温度下初始磁导率μ0.08仅为12.5mH/m，较室温下磁导率降低高达90％，1J77在液氮温度下初始磁导率μ0.08仅为12.5mH/m，较室温下磁导率降低了70％，随着温度进一步降低到液氦温度时，这三种合金的磁导率继续降低，无法满足超低温下磁屏蔽的应用要求。

[0004] 随着科学技术的发展与进步，为适应越来越苛刻的工作条件，对超低温下的磁屏蔽精度要求越来越高，因而对超低温下应用的软磁合金材料提出了更高要求，合金带材在液氮温度下需满足的磁性能：初始磁导率μ0.08(磁场0.08A/m)≥80mH/m，磁导率μ0.4(磁场0.4A/m)≥200mH/m，最大磁导率μm≥300mH/m，矫顽力Hc≤0.6A/m，饱和磁感应强度Bs≥
0.90T。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种超低温磁屏蔽软磁合金带材及制备方法，使该合金带材在液氮温度下具有高的磁性能：初始磁导率μ0.08(在磁场0.08A/m下测量)为118.6mH/m，磁导率μ0.4(在磁场0.4A/m下测量)为316.9mH/m，最大磁导率μm为686.3mH/m，矫顽力Hc为0.46A/m，饱和磁感应强度Bs为0.92T。当温度从-60℃降低到液氦温度时，本发明合金带材的初始磁导率呈增加趋势。合金带材在超低温下具有高的磁导率，适合于制作超低温下磁屏蔽装置。

[0006] 本发明一种超低温磁屏蔽用软磁合金带材的化学成分质量百分比为：C 0～0.02％，Ni 75.0～80.0％，Cu 2.0～4.7％，Mo 1.0～3.4％，Ce 0.001～0.05％，Si 0～
0.5％，Mn 0.2～1.0％，余量为Fe及不可避免的杂质。

[0007] 本发明成分设计的原理如下：

[0008] C：C元素的添加，主要与钢中O进行反应生成CO2，真空下抽出，降低钢中的O含量，提高合金的磁性能；另一方面，钢中残余的C含量对合金磁性能不利，在充分脱O后，残余C含量应控制在较低的水平。

[0009] Ni：Ni是合金的主要元素，能与Fe形成Ni3Fe有序化，改善合金的磁性能。

[0010] Cu：Cu元素的添加，有利于提高的合金温度稳定性，对提高合金的低温磁性能有利。

[0011] Mo：Mo元素的添加，可以阻碍Ni3Fe有序化的转变速度，降低合金获得最佳Ni3Fe有序化程度对应的冷却速度，有利工艺控制，提高合金的磁导率。

[0012] Ce：Ce元素的添加，有利于净化合金晶界，改善合金的加工性能和磁性能。

[0013] Si：Si元素的添加，主要为了脱氧，降低合金的O含量，当随炉碳脱氧控制较好时，可以不加Si。

[0014] Mn：Mn元素的添加，主要为了改善合金的热加工性能。

[0015] Fe：Fe元素的添加，主要为了提高合金饱和磁感应强度，同时与Ni形成Ni3Fe有序化，提高合金的磁性能。

[0016] 本发明合金的制备采用空感应炉冶炼，以充分降低和去除合金中的气体和夹杂物含量。冶炼后的合金经锻造、热轧、冷轧、退火、冷轧等工序得到成品，具体工艺步骤及控制的技术参数如下：

[0017] (1)真空冶炼：相关原材料按比例混合后装入坩埚；合金精炼温度为1500～1590℃，出钢温度为1430～1500℃；

[0018] (2)锻造、热轧：在1240～1300℃下锻造为40～90mm厚的扁坯；锻造后扁坯在1240～1300℃下进行热轧，热轧总变形量为90～97％；

[0019] (3)冷轧：合金初轧变形量控制在30～80％；

[0020] (4)退火：初轧后的合金带材在保护气氛中进行退火，退火温度为900～1100℃，保温时间为0.5～5min；

[0021] (5)成品轧制：合金成品变形量控制在40～80％；

[0022] (6)成品热处理：成品磁性能测试前需进行热处理，退火温度为1100℃～1200℃，保温时间为3～8h，冷却速度为50～400℃/h，冷却到200℃以下出炉，退火过程在氢气或真空环境进行。

[0023] 根据制备需要，步骤(3)与(4)交替进行，至合适规格。

[0024] 采用上述方法生产的合金带材，在液氮温度下的磁性能为：初始磁导率μ0.08(在磁场0.08A/m下测量)为118.6mH/m，磁导率μ0.4(在磁场0.4A/m下测量)为316.9mH/m，最大磁导率μm为686.3mH/m，矫顽力Hc为0.46A/m，饱和磁感应强度Bs为0.92T。与现有软磁合金带材相比，本发明合金带材在超低温度下具有高的磁导率，而且随着温度的降低，磁导率呈增加趋势，特别是初始磁导率，在液氦温度下的磁导率比液氮温度下更高，满足超低温及超导磁屏蔽的技术要求，而现有软磁合金带材在超低温下磁导率降低幅度最多达90％。

[0025] 具体实施方法

[0026] 下面通过实施例具体说明本发明的技术方案。

[0027] 实施例1：

[0028] 合金具体化学成分质量百分比为：C 0.005％，Ni 76.2％，Cu 4.6％，Mo 2.2％，Ce0.002％，Si 0.08％，Mn 0.21％，余量为Fe及不可避免的杂质。纯度为99.9％的电解铜、纯度为99.9％的电解镍、纯度为99.7％的金属钼、纯度为99.7％的金属铁、C、Ce、Si、Mn按比例混合后装入坩埚。在真空感应炉中进行冶炼，合金精炼温度为1550℃，出钢温度为1480℃，浇铸成钢锭。钢锭在1280℃保温锻成80mm厚扁坯，在1260℃保温热轧，热轧变形量为95％。热轧后扁坯进行初轧，初轧变形量为60％，然后在1050℃进行退火，保温时间为2分钟。退火后再次进行轧制，变形量为40％，然后带材进行磁性热处理，退火温度为1180℃，保温时间为5h，以300℃/h冷却速度冷却到200℃以下，退火过程在氢气环境进行。具体参数及性能详情如表1所示。

[0029] 实施例2：

[0030] 合金具体化学成分质量百分比为：C 0.013％，Ni 75.3％，Cu 3.9％，Mo 1.4％，Ce<0.001％，Si 0.46％，Mn 0.72％，余量为Fe及不可避免的杂质。按照表1中实施例2对应的成分及工艺进行制备。

[0031] 实施例3：

[0032] 合金具体化学成分质量百分比为：C 0.008％，Ni 79.1％，Cu 2.8％，Mo 1.9％，Ce0.004％，Si 0.22％，Mn 0.98％，余量为Fe及不可避免的杂质。按照表1中实施例3对应的成分及工艺进行制备。

[0033] 实施例4：

[0034] 合金具体化学成分质量百分比为：C 0.006％，Ni 76.5％，Cu 4.4％，Mo 2.7％，Ce0.012％，Si<0.01％，Mn 0.63％，余量为Fe及不可避免的杂质。按照表1中实施例4对应的成分及工艺进行制备。

[0035] 实施例5：

[0036] 合金具体化学成分质量百分比为：C 0.017％，Ni 79.8％，Cu 2.3％，Mo 3.3％，Ce0.034％，Si 0.05％，Mn 0.85％，余量为Fe及不可避免的杂质。按照表1中实施例5对应的成分及工艺进行制备。

[0037] 表1

[0038]

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