本發(fā)明屬于磁性材料領域，涉及一種鐵鎳軟磁合金，具體涉及一種具有短程有序的L1₀相的鐵鎳軟磁合金，以及由該鐵鎳軟磁合金制備的軟磁合金零件。

背景技術：

軟磁材料是當前應用最為廣泛的磁性材料之一，其次磁滯回線很窄，在較弱的外磁場下即可獲得較高的磁感應強度，而取消外磁場以后，剩余的磁性非常小，基本不體現(xiàn)磁性。通常希望軟磁材料的磁導率和磁感應強度要高、矯頑力要低，從而提高功能和效率。軟磁鐵鎳合金(鎳含量35-90％)是目前應用領域最為廣泛的軟磁合金。

目前，使用的軟磁鐵鎳合金材料制備鐵磁粉芯主要通過鑄造+機加工的方式和粉末壓制+燒結的方式生產(chǎn)。這兩種方法各有利弊，鑄造+機加工的方法使材料磁性具有各向異性并且材料浪費嚴重。而粉末壓制+燒結的方法為現(xiàn)階段主流生產(chǎn)方式。有研究表明，隨著成型壓力的增大，有利于磁粉芯致密度的提高，從而提高磁性能。但當壓力達到某一數(shù)值后，磁性能達到極限值后就不再增加。就目前而言，較少使用MIM方式進行Fe-50％Ni鐵磁粉芯的生產(chǎn)工作，且現(xiàn)有Fe-50％Ni軟磁合金材料一般不含有L1₀有序相，其飽和磁感應強度最大不超過1.5T。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是：針對上述現(xiàn)有技術的不足，提供一種使用Fe-50％Ni粗細粉末搭配方式制備的具有短程有序結構的鐵鎳軟磁合金，同時提供由該鐵鎳軟磁合金材料按粉末注射成形方法成型后結合熱處理+快速冷卻工藝制備的軟磁合金零件。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：一種具有短程有序結構的鐵鎳軟磁合金，該鐵鎳軟磁合金是以Fe-Ni合金粉末為原料制備得到，其特征在于，所述Fe-Ni合金粉末為Fe-50％Ni合金粉末，且該Fe-50％Ni粉末是由平均粒徑為20-50微米的粗粉粉末與平均粒徑為1-5微米的細粉粉末按質量比7：3混合而成，該粗粉粉末和細粉粉末中鎳的質量分數(shù)均為45-65％。

本發(fā)明同時提供一種鐵鎳軟磁合金零件，該零件是以Fe-50％Ni粉末為原料，按現(xiàn)有粉末注射成型方法成型后將該成型零件加熱至320-350℃，保溫2-4小時，最后快速冷卻至室溫，即得。其中，該Fe-50％Ni粉末是由平均粒徑為20-50微米的粗粉粉末與平均粒徑為1-5微米的細粉粉末按質量比7：3混合而成，該粗粉粉末和細粉粉末中鎳的質量分數(shù)均為45-65％。所述快速冷卻是指采用油冷或液氮冷卻方式，不能是爐冷或者空冷。

上述Fe-50％Ni粉末是由平均粒徑為35微米的粗粉粉末與平均粒徑為1微米的細粉粉末按質量比7：3混合而成，能產(chǎn)生較多有序相。

上述Fe-50％Ni粗粉和細粉粉末均為采用霧化法制備的合金粉末。

上述提及的粉末注射成型方法為現(xiàn)有常規(guī)技術，即干混、喂料混煉、制粒、注塑成型的過程，具體為：將粉末原料置于四罐干混器中混合均勻，再按粉末裝載量55％加入適量油基粘結劑，干混使其混合均勻；添加了粘結劑的混合粉經(jīng)干混均勻后，裝入混煉設備中進行混煉，使得金屬粉末和粘結劑之間混合均勻，獲得流動性良好的喂料；試樣用注射成形機完成注射，通過調節(jié)注射溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度，獲得無缺陷的零件注射坯；獲得注射坯后，將注射坯置于正庚烷中進行溶劑脫脂；注射坯經(jīng)溶劑脫脂后，采用熱脫脂方脫除剩余的粘結劑；熱脫脂后試樣在真空燒結爐中進行高溫燒結，成型。試樣燒結完成后，對其進行熱處理(保溫溫度為320-350℃，保溫2-4小時；保溫結束后對試樣使用快速冷卻方式(油冷或液氮冷卻方式)進行淬火處理，使試樣溫度降至介質(油或液氮)溫度，取出試樣，冷卻至室溫，即得Fe-50％Ni鐵鎳軟磁合金零件。

本發(fā)明通過將較粗FeNi合金粉末與不同含量的較細FeNi粉末混合的方式，有效地提高了該種軟磁合金材料的磁性能。通過研究發(fā)現(xiàn)，較細粉末的添加有利于在合金中形成短程有序的L1₀相，進而提高材料的飽和磁感應強度，其飽和磁感應強度最大達到1.55-1.57T，磁性能明顯提升。本方法操作簡單，且無需改變合金的成分，成本低廉，工藝簡單，有助于制備高性能和低成本的鐵鎳軟磁合金零部件。同時，本發(fā)明采用粉末注射成型方法制備軟磁合金零部件，通過對軟磁合金材料成型后進行熱處理保溫，再進行快速冷卻，可以控制晶粒度同時消除應力，簡單方便的提升軟磁合金的磁性能，無需添加昂貴的稀土元素，而獲得具有優(yōu)異磁性能的納米級L1₀相顆粒的鐵鎳軟磁合金零部件。

該鐵鎳軟磁合金零件經(jīng)磁性能測試，隨著冷卻速度的提升，合金的矯頑力提升(是由于快速冷卻導致合金中殘余應力上升)，但當冷卻速度進一步提升后，矯頑力顯著下降。這說明，合金中產(chǎn)生了具有優(yōu)異磁性能的L1₀相，導致磁性能上升。通過高倍電子顯微鏡(透視電子顯微鏡、原子力顯微鏡等)可以觀察到零件表面有納米級L1₀相顆粒，并能通過透射電子顯微鏡(洛倫茲透射電子顯微鏡)證實該L1₀相有序結構，其形貌及衍射花樣顯示如圖1所示。

附圖說明

圖1是本發(fā)明于電鏡下觀察到納米級L1₀相顆粒的形貌及衍射花樣圖。

圖2是采用本發(fā)明的鐵鎳軟磁合金材料注射成型的磁性能檢測圓環(huán)零件。

圖3是本發(fā)明實施例1所得圓環(huán)零件表面的L1₀相形貌圖。

具體實施方式

實施例1

采用平均粒徑為35微米的Fe-50％Ni合金粉末，加入平均粒徑為1微米Fe-50％Ni合金粉末混合，混合質量比為7:3。通過干混、喂料混煉、制粒、注塑生產(chǎn)出如圖2所示圓環(huán)。具體過程：用機械混合的方法使該兩種粉末混合均勻，混合設備為四罐干混器，干混時間為2小時。按粉末裝載量55％加入適量油基粘結劑，通過1小時干混使其混合均勻。添加了粘結劑的混合粉經(jīng)干混均勻后，裝入混煉設備中進行混煉，使得金屬粉末和粘結劑之間混合均勻，獲得流動性良好的喂料。試樣用注射成形機完成注射，通過調節(jié)注射溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度，獲得無缺陷的磁性能檢測圓環(huán)注射坯。獲得注射坯后，將注射坯置于正庚烷中進行溶劑脫脂。注射坯經(jīng)溶劑脫脂后，采用熱脫脂方脫除剩余的粘結劑。熱脫脂后試樣在真空燒結爐中進行高溫燒結成型。

試樣燒結完成后，對其進行熱處理，保溫溫度為320℃，保溫時間為4個小時。保溫結束后對試樣使用油冷方式進行淬火處理。試驗結束后對圓環(huán)試樣進行磁性能及有序相含量檢測，其磁性能及有序相含量如表1所示，L1₀相形貌顯示如圖3所示。

表1平均粒徑1μm的Fe-50％Ni粉末與平均粒徑35μm的Fe-50％Ni粉末混合燒結性能

實施例2

采用平均粒徑為20微米的Fe-50％Ni合金粉末，加入平均粒徑為3微米Fe-50％Ni合金粉末材料，混合，混合質量比為7:3。

用機械混合的方法使該兩種粉末混合均勻，混合設備為四罐干混器，干混時間為2小時。按粉末裝載量55％加入適量油基粘結劑，通過1小時干混使其混合均勻。添加了粘結劑的混合粉經(jīng)干混均勻后，裝入混煉設備中進行混煉，使得金屬粉末和粘結劑之間混合均勻，獲得流動性良好的喂料。試樣用注射成形機完成注射，通過調節(jié)注射溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度，獲得無缺陷的磁性能檢測圓環(huán)注射坯。獲得注射坯后，將注射坯置于正庚烷中進行溶劑脫脂。注射坯經(jīng)溶劑脫脂后，采用熱脫脂方脫除剩余的粘結劑。熱脫脂后試樣在真空燒結爐中進行高溫燒結成型。

試樣燒結完成后，對其進行熱處理，保溫溫度為335℃，保溫時間為3小時。保溫結束后對試樣使用液氮冷卻的方式進行淬火處理。試驗結束后對試樣進行磁性能及有序相含量進行檢測，其磁性能及有序相含量如表2所示。

表2平均粒徑3μm的Fe-50％Ni粉末與平均粒徑20μm的Fe-50％Ni粉末混合燒結性能

實施例3

采用平均粒徑為50微米的Fe-50％Ni合金粉末材料，加入平均粒徑為5微米Fe-50％Ni合金粉末材料，混合，混合質量比為7:3。

用機械混合的方法使該兩種粉末混合均勻，混合設備為四罐干混器，干混時間為2小時。按粉末裝載量55％加入適量油基粘結劑，通過1小時干混使其混合均勻。添加了粘結劑的混合粉經(jīng)干混均勻后，裝入混煉設備中進行混煉，使得金屬粉末和粘結劑之間混合均勻，獲得流動性良好的喂料。試樣用注射成形機完成注射，通過調節(jié)注射溫度、模具溫度、注射壓力、注射速度，獲得無缺陷的磁性能檢測圓環(huán)注射坯。獲得注射坯后，將注射坯置于正庚烷中進行溶劑脫脂。注射坯經(jīng)溶劑脫脂后，采用熱脫脂方脫除剩余的粘結劑。熱脫脂后試樣在真空燒結爐中進行高溫燒結成型。

試樣燒結完成后，對其進行熱處理，保溫溫度為350℃，保溫時間為2小時。保溫結束后對試樣使用液氮冷卻的方式進行淬火處理。試驗結束后對試樣進行磁性能及有序相含量進行檢測，其磁性能及有序相含量如表3所示。

表3平均粒徑5μm的Fe-50％Ni粉末與平均粒徑50μm的Fe-50％Ni粉末混合燒結性能

本發(fā)明通過將較粗Fe-50％Ni合金粉末與較細Fe-50％Ni合金粉末混合，結合快速冷卻的熱處理方式，利用MIM方法制備出了一種具有短程有序的L1₀相的鐵鎳軟磁合金零部件，其磁性能較好。該種鐵鎳軟磁合金材料具有可觀的有序相L1₀相存在，飽和磁通量B_s高達1.55-1.57T，具有較為優(yōu)異的磁性能，具有較高的實際意義。