一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法技术

本发明专利技术公开一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，它是将非晶合金丝两端用专用夹具固定，外接专用退火电源，通过专用软件控制电源输出可调脉冲方波电流，该电流产生瞬时焦耳热和环向磁化磁场，使非晶丝的磁滞伸缩系数更接近于零，有效地提高了环向磁各向异性和环向磁导率，改善GMI性能，具有较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度，利用退火后的非晶丝可制备出高灵敏度、高分辨率和高精度的GMI传感器，该工艺操作简便、能耗低、效率高，且不易造成非晶合金丝局部过热晶化和表面氧化等，能广泛应用于磁敏材料热处理和磁敏传感器技术领域。

【技术实现步骤摘要】
一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法
本专利技术涉及一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，属于磁敏材料热处理和磁敏传感器

技术介绍
随着外界磁场的微弱变化，敏感材料的交流阻抗发生巨大的变化，这种现象被称为巨磁阻抗(GiantMagnetoImpedance,GMI)效应。基于该效应制备的磁敏传感器被称为GMI传感器。为了获得高灵敏度、分辨率和使用精度的GMI传感器，要求敏感材料具有优异的GMI性能，也即较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度。在现有的敏感材料中，钴基非晶合金丝是最理想的敏感材料之一，且已经用于制造商业GMI传感器。目前，商业制备非晶合金丝的主要方法是水纺法和泰勒法，水纺法制备的非晶合金丝直径较大，还需要后续拉拔处理；类似工艺的快冷过程使非晶合金丝内部存在很大的残余应力，且内部结构不均匀，各向异性分布不均匀，严重制约其GMI及软磁性能，并不能满足高精度磁敏传感器对敏感材料的实际应用需求，需经适当的调制退火处理来消除内应力、调整结构驰豫和提高环向磁各向异性及环向磁导率，进而改善GMI性能。目前，常见的调制方法有等温退火、应力退火、电流退火等。等温退火可有效释放非晶丝的残余应力，促进结构驰豫，但是该方法功耗大、效率低，且不利于非晶合金丝环向磁畴的形成。应力退火通过拉应力或者扭矩改变磁弹性能，诱导磁畴改变，提高非晶丝的环向各向异性和环向磁导率，但是该方法对设备的稳定性、使用寿命和夹具的要求都比较高。电流退火通过焦耳热和环向磁化磁场，不但释放非晶丝的残余内应力，引起无规原子迁移效应，调整微结构弛豫并扩大原子规则排列微区和原子磁矩有序取向区，磁滞伸缩系数变得更接近于零，磁弹性能相对较低，而且在环向磁场的作用下，轴向磁畴体积减小，环向磁畴体积扩大，有效提高环向磁各向异性和环向磁导率，因此，电流退火是比较好的调制方法。但是，当退火电流为恒定直流时，电流密度大小变的十分重要，电流焦耳热产生的温度合适时，环向磁场不够大，而电流密度过大，非晶丝容易发生局部过热晶化和表面氧化。当退火电流为正弦交流时，过热晶化现象减弱，但是环向磁场的有效作用时间仍然较短，GMI性能还有待提高；电流频率不够高时，因电流变化而造成的温度波动较大，不利于获得性能均一稳定的处理效果；因此，提供一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，产生瞬时的焦耳热和环向磁场，延长环向磁场有效作用时间，充分释放非晶丝的残余内应力，调整微结构弛豫并扩大原子规则排列微区和原子磁矩有序取向区，使非晶丝内感生出良好的环向各向异性，同时避免非晶合金丝局部过热晶化和表面氧化，对高性能GMI传感器的制备具有十分重要的意义。
技术实现思路
本专利技术为了使非晶合金丝具有较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度，提供一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法。本专利技术的一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法是按以下步骤进行的：1）使用专用夹具将非晶合金丝两端固定，专用夹具连接专用退火电源；2)通过专用软件界面控制，专用退火电源输出可调脉冲方波电流，脉冲方波电流通过专用夹具流经非晶合金丝，产生瞬时焦耳热和环向磁场，采用控制变量法，调节脉冲方波电流的各项参数，分别在不同电流退火参数下对非晶合金丝进行退火处理并完成退火参数优化，脉冲方波电流的各项参数范围如下：脉冲方波电流幅值：50mA～150mA脉冲方波电流占空比：20%-100%脉冲方波电流频率：5-50KHz退火时间可自由设定3)测试获得不同电流退火参数对非晶合金丝最大阻抗变化率以及磁场灵敏度的影响规律，综合考虑两项性能指标，可以确定性能最优的电流退火参数，同时还可以根据特定应用要求选用特定电流退火参数。本专利技术使用脉冲方波电流对非晶合金丝进行退火，脉冲方波电流产生瞬时焦耳热和环向磁场，环向磁场有效作用时间较长，可充分释放残余内应力，引起无规原子迁移效应，调整微结构弛豫并扩大原子规则排列微区和原子磁矩有序取向区，磁滞伸缩系数变得更接近于零，磁弹性能相对较低，在环向磁场的作用下，轴向磁畴体积减小，环向磁畴体积扩大，有效提高环向磁各向异性和环向磁导率，进而改善GMI性能，使非晶丝具有较大的阻抗变化率和较高的磁场灵敏度，该方法操作简便、能耗低、效率高，且不易造成非晶合金丝局部过热晶化和表面氧化。附图说明图1为本专利技术实施例中机械法去除玻璃包覆层后，非晶合金丝表面的SEM照片。图2为本专利技术实施例中脉冲方波电流信号示意图。图3为本专利技术实施例中最大阻抗变化率与脉冲方波电流幅值的关系。图4为本专利技术实施例中磁场灵敏度与脉冲方波电流幅值的关系。图5为本专利技术实施例中最大阻抗变化率与脉冲方波电流占空比的关系。图6为本专利技术实施例中磁场灵敏度与脉冲方波电流占空比的关系。图7为本专利技术实施例中最大阻抗变化率与退火时间的关系。图8为本专利技术实施例中磁场灵敏度与退火时间的关系。图9为本专利技术实施例中最大阻抗变化率与脉冲方波电流频率的关系。图10为本专利技术实施例中磁场灵敏度与脉冲方波电流频率的关系。图3至图10中“空白”表示未经脉冲方波电流退火处理的情况，用以对比。最大阻抗变化率为(∆Z/Z)max=(Zm-Z0)/Z0×100%，式中Zm为阻抗最大值，Z0为外加轴向磁场为零时的阻抗。磁场灵敏度η=(∆Z/Z)max/Hk，式中Hk为阻抗最大值对应的外加轴向磁场。具体实施方式下面结合实施例附图对本专利技术做进一步的详细描述。实施例本实施例的一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法是按以下步骤进行的：1、采用泰勒法制备玻璃包覆钴基非晶合金丝，采用机械法去除玻璃包覆层。如图1所示，采用机械法去除玻璃包覆层后，非晶合金丝的表面平滑、整洁，非晶合金丝的直径为31.6μm。2、将步骤1制备的非晶合金丝截成16cm长的小段，将其两端用钢制平头夹具固定，钢制平头夹具外接专用退火电源。3、设定步骤2中专用退火电源的参数，脉冲方波电流占空比为60%，退火时间为300s，频率为5KHz，改变脉冲方波电流幅值，从100mA～150mA，步进为10mA，在不同脉冲方波电流幅值下，分别对非晶合金丝进行电流退火处理，图2为电流幅值等于100mA时脉冲方波电流信号的示意图。将处理得到的非晶合金丝截成1cm长的小段，使用网络分析仪E5071C测试其阻抗随外加轴向磁场的变化情况，即可获得不同脉冲方波电流幅值退火对非晶合金丝最大阻抗变化率以及磁场灵敏度的影响规律。如图3所示，当测试频率为70MHz时，随着脉冲方波电流幅值的增大，最大阻抗变化率先减小后增大，当脉冲方波电流幅值为150mA时，最大阻抗变化率获得最大值为173.9%。如图4所示，当测试频率为70MHz时，随着脉冲方波电流幅值的增大，磁场灵敏度单调增大，当脉冲方波电流幅值为150mA时，磁场灵敏度获得最大值为253.0%/Oe。因此，当脉冲方波电流占空比为60%，退火时间为300s，频率为5K时，该钴基非晶合金丝的最优退火电流幅值为150mA。4、设定步骤2中专用退火电源的参数，脉冲方波电流幅值为150mA，退火时间为300s，频率为5KHz，改变脉冲方波电流占空比，从40%～65%，在不同脉冲方波电流占空比下，分别对非晶合金丝进行电流退火处理。将处理得到的非晶合金丝截成1cm长的小段，使用网络分析仪E5071C本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，使用专用夹具将非晶合金丝两端固定，专用夹具连接专用退火电源。

【技术特征摘要】
1.一种调制非晶合金丝性能的脉冲方波电流退火方法，使用专用夹具将非晶合金丝两端固定，专用夹具连接专用退火电源。2.通过专用软件界面控制，专用退火电源输出可调脉冲方波电流，脉冲方波电流通过专用夹具流经非晶合金丝，产生焦耳热和足够大的环向磁化磁场，通过调节优化脉冲方波电流的各项参数，既能够通过焦耳热使非晶合金丝达到合适的退火温度，还可以通过瞬时方波电流产生足够大的环向磁化磁场，使非晶合金...

【专利技术属性】
技术研发人员：李定朋，王佩佩，钱阳，钱彦，刘景毅，牛心玙，杨雪琪，武贺，高新春，杨东明，胡林生，高秀卫，
申请(专利权)人：国创智能设备制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11