[发明专利]提高金属软磁材料机械性能的方法

说明书

技术领域

本发明属于金属功能复合材料技术领域，提供了一种提高软磁材料机械性能的方法，适用于制备各类既要求具有良好的磁性能，又要求具有优良力学性能的金属软磁材料。

一般变形材料的屈服强度是不太高的。屈服强度越接近于极限抗拉强度，材料的刚性就越好，就越不容易发生变形。弥散强化材料具有这一优点，弥散强化材料的屈服强度不但有很高的绝对值，而且接近其抗拉强度，这种关系在高温下更加显著。

背景技术

金属软磁材料具有饱和磁化率高、磁导率高、矫顽力低等优良的磁性能，但内应力对软磁材料的磁性能有很大的影响，为了减少内应力提高磁性能，必须经过高温退火，所以材料的硬度很低，机械性能很差，在一些对机械性能要求高的特殊场合的应用受到限制。

目前，关于金属软磁材料强度的研究还比较少。非晶软磁材料以及在此基础上发展的纳米晶软磁材料的磁性能和机械性能较好，但在尺寸和大批量生产上受到限制，随温度变化稳定性较差。在常用的强化工艺中，固溶强化使基体晶格变化，基体金属重要的本征性能改变，从而使材料磁性能变差。应变硬化和时效硬化使基体内产生巨大应力，对磁性能极为不利。并且所有这些强化工艺都在较低温度下就开始失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高软磁材料机械性能的方法，用此法制备出的弥散强化软磁材料磁性能与普通软磁材料磁性能相当，而硬度提高50％以上，抗拉强度提高一倍以上。

本发明的原理是：弥散强化是指第二相以细小质点的分散状态存在而使金属强化的现象。在弥散强化金属软磁材料中，弥散相粒子能够钉扎位错、晶界、亚晶界，阻碍位错的移动，提高基体材料的强度。弥散强化软磁材料的性能来源于弥散相硬质颗粒，加入的弥散相颗粒尺寸仅为10-20纳米，颗粒间距为50-100纳米，其热稳定性好，在高温下仍然能保持其原来的粒度和颗粒间距；弥散相的加入量只占基体小于5％的体积分数，几乎不影响基体金属固有的物理化学性质，从而保证弥散强化软磁材料既有好的磁性能，又有良好的机械性能。

本发明主要分为两个部分，第一部分：采用液相共沉淀法工艺，将弥散相颗粒细小、均匀弥散于金属软磁材料基体粉末中。第二部分：将含有弥散相的金属粉末按照传统粉末冶金方法，进行压制、烧结、热处理，制备高性能弥散强化软磁材料。具体工艺步骤如下：

1、依据确定要提高机械性能的软磁材料基体特征和要求，选择弥散相Al₂O₃、ThO₂、Y₂O₃中的一种，确定弥散相的加入量体积分数在0-5％。

2、以高纯可溶性铁盐、镍盐两种盐中铁与镍质量的比为100～10％∶0～90％混合作为基体金属的原料；以高纯可溶性铝盐、钇盐中的一种作为弥散相前驱原料，(以上可溶性盐可为硝酸盐或硫酸盐)。以氨水或碳酸氢铵作为沉淀剂；将基体金属盐和弥散相前驱金属盐溶解于去离子水配置成一定浓度的溶液，基体金属离子浓度在0.5-2.5mol/L，弥散相前驱金属离子的浓度在0.001-0.15mol/L。

3、将按化学计量比计算所需的氨水或碳酸氢铵溶液加入到混合溶液中，调节pH值到5-10，在加入的过程中搅拌，并在完成后继续搅拌1-3分钟。

4、将混合沉淀先过滤清洗，而后加热使其分解，得到弥散相均匀弥散分布的，颗粒直径在10-50nm的金属氧化物混合粉；清洗次数为3-6次，加热分解的温度为150-500℃。

5、将氧化物前驱粉于工业管式还原炉内氢气还原，还原温度为400-900℃，还原金属粉纯度不低于99％，制的氧化物弥散强化的软磁金属粉末。

6、将制得的弥散强化金属混合粉，按照传统粉末冶金法的工艺进行500-1000MPa压制→1000-1300℃烧结→300-800℃退火热处理，制备金属软磁材料。

本发明的优点在于：

1、弥散强化对材料基体不产生巨大应力，不影响材料的退火工艺性能；

2、工艺可控性好，可以根据性能需要调整弥散相的含量；

3、对软磁材料磁性能影响小，机械性能提高显著；

4、提高了材料的高温强度，材料的使用范围扩大。

实施例

实施例1：1.0％氧化铝弥散强化铁基软磁材料

1、称取分析纯Fe(NO₃)₃.9H₂O 202克，Al(NO₃)₃.9H₂O 2.1克，配置成250ml混合溶液；