一種高性能異形鐵鈷系軟磁合金零件的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于磁性材料領域，特別是提供了一種制備高性能異形鐵鈷系軟磁合金零 件的方法。
【背景技術】
[0002] 在金屬軟磁材料中，鐵鈷系軟磁合金具有極高的飽和磁感應強度Bs(2. 4T)、最大 的磁致伸縮系數As(70~8〇X1〇_6)和最高的居里溫度（980~1100°C)，因而可用作要 求高Bs、高As、低頻和高溫下使用的鐵磁元件，適合于制作要求重量輕、體積小、工作溫度 高的微特電機、電磁鐵極頭、繼電器、力拒馬達轉子、電源變壓器、磁致伸縮換能器鐵芯等。 隨著磁路元器件向微型化、多功能化方向發展，所使用的軟磁合金零部件的尺寸越來越小， 形狀也越來越復雜。由于鐵鈷系軟磁合金原料價格昂貴，脆性大，加工性能差，傳統的通過 塊體材料機加工的方法制備這些軟磁合金零部件，原材料浪費大，周期長，成本高，效率低。
[0003] 粉末冶金工藝中的金屬注射成形方法制備軟磁產品具有近凈成形的特點，可以直 接制備出最終形狀的產品，不需要或只需要微量后續加工，適合批量化生產，是一種節約能 源和資源、低成本的制備技術，在軟磁零部件的制備中得到廣泛的應用。粉末注射成形方 法制備鐵鈷軟磁合金的主要問題是有：一，粉末注射成形鐵鈷軟磁相對密度較低（通常為 90%~97% )，由于少量孔隙以及其他缺陷的存在，使得材料難以達到高的飽和磁感、高的 磁導率和低的矯頑力；二，采用鐵、鈷、釩、鉻等元素粉末為原料時，由于釩粉、鉻粉容易氧化 形成熱力學穩定性好的氧化釩、氧化鉻等氧化物，造成合金中產生氧化物夾雜，從而影響材 料的燒結性能和磁性能；三，采用合金粉末為原料時，雖然可適當克服元素粉末易于氧化的 缺點，但由于霧化法制備的適合注射成形細粒度合金粉末的產出率低，合金原料粉末價格 非常昂貴，成本高。因此，如何低成本、高性能的獲得異型鐵鈷軟磁合金零件一直是該領域 的一個難題。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的在于提供一種低成本制備高性能復雜形狀鐵鈷系軟磁合金零件的 方法。
[0005] 本發明采用羰基鐵粉、鈷粉、以及釩鐵粉、鉻鐵粉等預合金或母合金粉末為原料， 將各種原料粉末采用高能球磨混合并預合金化，利用粉末注射成形技術制備出復雜形狀 的零件后，再采用熱等靜壓以及適當后續熱處理，改善材料的微觀組織和性能，得到組織均 勻、無偏析、高致密度和高性能的異型鐵鈷軟磁合金零件。
[0006] 一種高性能異形鐵鈷系軟磁合金零件的制備方法，其特征在于：具體制備步驟如 下
[0007] (1)、采用的粉末原料包括羰基鐵粉、鈷粉以及釩鐵粉、鉻鐵粉、鈮鐵粉、錳鐵粉預 合金粉末；將各種粉末按照一定的重量百分比配料，其中：鈷含量為25~60%，釩含量為 0~3 %，鉻含量為0~0. 8 %，其余為鐵；
[0008] (2)各種原料粉末按照配比要求配料后，置于高能球磨機中球磨1~40小時；球 料比為4~12:1 ;
[0009] (3)將步驟2)得到的球磨粉末與成形劑按照體積比為50:50~60:40比例置于 混煉機中混合均勻，混煉溫度為150~170°C，使得粉末與成形劑的混合物在加熱到150~ 170°C時具有很好的流動性；成形劑成分為微晶蠟、高密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸，按重量 百分比微晶蠟：高密度聚乙烯：聚丙烯：硬脂酸為60 :25 :10 :5 ;
[0010] (4)、將步驟（3)得到的粉末與成形劑的混合物注入模具成形，得到復雜形狀零件 的坯體；
[0011] (5)、將步驟（4)得到坯體中的成形劑采用溶劑脫脂與熱脫脂或催化脫脂方式 脫除干凈，溶劑脫脂溫度為20°C~50°C，熱脫脂溫度為550~70(TC，催化脫脂為110~ 130 °C，然后高溫燒結；
[0012] (6)、在一定壓力下和一定溫度范圍內對步驟（5)得到燒結件進行處理；
[0013] (7)、將步驟（6)得到的產品在500~1300°C進行保溫1~5小時，隨爐冷卻或空 冷至室溫，得到最終的產品。
[0014] 其中步驟（5)中燒結溫度為：800~1500°C，優選為1300°C~1400°C:燒結時間為 60~1000分鐘，優選為90~180分鐘。
[0015] 步驟（6)燒結件處理壓力為100~200MPa，優選為150~200MPa，溫度為800°C~ 1300°C，優選為 1000 ~1250°C。
[0016] 本發明軟磁合金的飽和磁感應強度Bs大于2. 3T，最大磁導率大于5mH/m，矯頑力 不大于110A/m的軟磁合金產品。
[0017] 本發明的特點是：1.采用粉末注射成形技術直接制備出具有最終形狀的零部件， 無需或只需微量的后續機加工，可大大節約資源、能源，降低制造成本，適合復雜形狀鐵鈷 軟磁合金的批量化生產；2.采用羰基鐵粉、鈷粉，以及釩鐵、鉻鐵、鈮鐵、錳鐵等預合金粉末 為原料，原材料成本低，克服了直接采用霧化超細合金粉末成本高的缺點；采用母合金或預 合金粉末為原料，克服了直接采用釩、鉻等元素粉末時容易形成氧化物夾雜，影響材料燒結 性能和磁性能的缺點。3.高能球磨使各種元素均勻化、預合金化，避免釩、鉻等元素擴散不 均勻，造成材料成分和性能的偏析形象。4.高能球磨增使粉末產生了較多的晶格畸變和晶 格缺陷，提高了它們的燒結活性，有利于材料的致密化和磁性能的提高。5.通過燒結、熱等 靜壓和后續熱處理制度提高了材料的密度（致密度大于99% )，改善了材料的微觀組織結 構，可制備出高性能的軟磁合金產品。6.可制備出飽和磁感應強度Bs大于2. 3T，最大磁導 率大于4mH/m，矯頑力小于110A/m，產品尺寸精度小于±0. 3%的鐵鈷軟磁合金產品。
【具體實施方式】
[0018] 實施例1 :
[0019] 以羰基鐵粉、還原鈷粉、釩鐵粉作為原料，按重量百分比鐵：鈷：釩為49 :49 :2的 比例配料，在行星式球磨機中氬氣氣氛下球磨混合20小時，球料比為10 :1。選用微晶蠟、高 密度聚乙烯、聚丙烯和硬脂酸作為成形劑，按重量百分比微晶蠟：高密度聚乙烯：聚丙烯： 硬脂酸為60 :25 :10 :5配料，將各種有機物在150°C的溫度下熔化狀態下混合2小時。將球 磨粉末與成形劑按粉末與成形劑的體積比為52 :48,在150°C的捏合機中捏合3小時。將 粉末與粘結劑的混合料在注射成形機上成形，在溫度為160°C、注射壓力為lOOMPa的條件 下注入模具成形。將成形坯在20°C的正庚烷中浸泡4小時后，在50°C的通風櫥中將坯體烘 干。將烘干坯體在室溫~700°C的溫度范圍內按照一定的制度加熱，時間為10小時，通過