钟表中使用的软磁合金制造技术

本发明专利技术涉及铁－镍系软磁合金，其化学组成以重量％计包括：３４％≤Ｎｉ≤４０％，７％≤Ｃｒ≤１０％，０．５％≤Ｃｏ≤３％，０．１％≤Ｍｎ≤１％，Ｏ≤０．００７％，Ｓ≤０．００２％，Ｎ≤０．００４％，并且Ｎ＋Ｓ＋Ｏ≤０．０１％，余量为铁和生产过程中带来的杂质。还涉及该合金在钟表中使用的电机的磁路中的用途。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有良好磁导率温度稳定性和在潮湿环境中良好的抗氧化性能的廉价软磁合金。该合金可尤其用于制造钟表中使用的步进微电机的定子。钟表中使用的微电机包括通常由含约80％镍、百分之几钼或铜、其余为铁的软磁合金制造的定子。一种此类合金在整个工作温度(-20℃，+60℃)内具有的最大磁导率为200,000至300,000，因此，如此制造的微电机仅消耗很少能量。然而，含80％镍的合金很贵，并且在潮湿环境中易发生氧化，因此具有很多缺点在某些热和潮湿地区难以使用；不适于制造机构可见的钟表；并且价格昂贵不适于制造廉价钟表。为克服这些缺点，已经提出使用含少于50％镍和少量铬的铁-镍-铬系合金替代含80％镍的合金来制造钟表用电机。然而，所提出的合金一般磁导率低且对温度敏感。磁导率对温度过于敏感是一个缺点。这是因为钟表电机需要可靠地工作在-20℃和+60℃之间，这意味着在此温度范围内磁导率不应变化太大。考虑到钟表中使用的步进微电机所应满足的条件，希望用于制造此类廉价电机的定子的软磁合金的饱和磁通密度Bs大于或等于5000高斯(0.5特斯拉)，最大相对DC磁导率μDCmax大于70000，较大的电阻ρ满足μDCmax×ρ＞0.05Ωm，在-20℃和+60℃之间充分大的磁导率μDCmax稳定性，和改善的抗氧化性能和较低的镍含量。为使磁导率具有充分的稳定性，要求其相对于其20℃的值在所述温度范围内的变化小于30％。本专利技术的目的是提供满足上述要求的合金。因此，本专利技术的主题是一种软磁合金，其化学组成以重量％计包括34％≤Ni≤40％，7％≤Cr≤10％，0.5％≤Co≤3％，0.1％≤Mn≤1％，余量为铁和生产过程中带来的杂质。作为优选方案，杂质O、S和N满足O≤0.007％，S≤0.002％，N≤0.004％，并且N+S+O≤0.01％，并且，还优选杂质Si、Al、Ca和Mg满足Si≤0.3％，Al≤0.05％，Ca≤0.03％，Mg≤0.03％，并且Si+Al+Ca+Mg+Mn≤1％。该合金可用于制造磁轭(磁偏转部件)，尤其是用于制造钟表中使用的步进微电机的定子。本专利技术将采用实施例进行更详细地描述和阐述。所述软磁合金的化学组成以重量％计包括-镍含量高于34％是为了获得足够的饱和磁通密度和磁导率。然而，为了获得廉价合金特别是考虑到要添加铬，需要将镍含量限制低于40％，-7％至10％的铬含量，用于改善抗氧化性能和增大低温磁导率；当镍含量在34％-40％的范围内时，上述铬含量显著改善-40℃至0℃之间的磁导率，-0.5％至3％的钴，用于获得充分的磁导率温度稳定性，具体地说，本专利技术人出人意料地发现当镍含量在34％-40％的范围内和铬含量在7％至10％范围时，少量添加钴显著改善-20℃至60℃之间的磁导率的温度稳定性，-0.1％至1％的锰含量，并优选高于0.2％以便对合金脱氧并固定硫，-余量为铁和生产过程中带来的杂质。所述杂质具体为氧、硫、氮、硅、铝、钙和镁。所有这些杂质对磁性能都有有害作用，因此，为了获得满意的磁性能，优选-氧含量≤0.007％，氮含量≤0.004％，硫含量≤0.002％，并且其含量之和N+S+O≤0.01％；-脱氧元素如Si、Al、Ca和Mg的残余含量为Si≤0.3％，Al≤0.05％，Ca≤0.03％，Mg≤0.03％；钙和镁还具有可形成使钢易切削的细小氧化物的优点。此外，优选Mn、Si、Al、Ca和Mg含量之和Si+Al+Ca+Mg+Mn≤1％。其它杂质例如磷和硼的含量应尽可能地低。如此形成的Fe-Ni-Cr-Co系合金可经热轧然后冷轧，并可能在氢气氛下在900℃或更高退火1小时以上、优选1100℃-1200℃之间退火1-4小时。氢气氛下的高温退火的好处是可至少部分消除对磁性能有害的某些硫化物或氮化物析出物。该合金在70℃的饱和磁通密度Bs大于5000高斯，在20℃时最大相对DC磁导率μDcmax大于70000，在20℃时电阻ρ大于70μΩcm，并且对于温度T的最大相对磁导率稳定性为｜ΔμDCmax(T)/μDCmax(20℃)｜≤30％在该式中，ΔμDCmax(T)代表20℃和T之间的μDCmax的变化，μDCmax(20℃)代表20℃时的DC磁导率。此外，当具有所述铬含量时，所述合金在潮湿环境中具有良好的抗氧化能力。举例说明，制造内径20mm、外径30mm的搅拌棒(washer)，其中一些采用本专利技术合金的0.6mm厚的冷轧带材切割段，还有一些采用对比合金(通过真空熔炼纯原料获得)制造。所述搅拌棒在1170℃氢气氛下退火4小时。在70℃测量饱和磁通密度Bs，在20℃测量矫顽力Hc，在20℃测量电阻ρ，在20℃测量最大相对DC磁导率μDCmax和在-20℃和+60℃之间测量其相对变化的最大值｜ΔμDcmax(T)/μDCmax(20℃)｜(该最大变化简写为Δμ/μ)。对应于本专利技术的合金1至4和作为对比例的5至17如表1所示，磁性能见表2。表1 表2 通过对试样1至7和试样8至17的比较，可以看出，添加0.5％至3％的钴，并且当镍含量在34％-40％的范围内和铬含量在7％至10％范围时，可非常显著改善DC磁导率的温度稳定性Δμ/μ。含有本专利技术的镍和铬含量的试样8至10尤其如此，但是实际不含钴时，其Δμ/μ总是大于30％，而对于试样1至7Δμ/μ值总是小于30％。同样，对于铬含量超出本专利技术范围的含有钴的试样11至17，其Δμ/μ值高于30％。在另一对比中，本专利技术的试样1-4的氧含量低于0.007％并且氮、氧和硫含量之和低于0.01％，其饱和磁通密度Bs高于5000高斯，在20℃时最大相对DC磁导率μDCmax大于70000，而试样5至7不满足上述氧含量条件或N+O+S之和的条件，或者是其饱和磁通密度Bs低于5000高斯，或者在20℃时相对DC磁导率μDCmax小于70000。在各种情况下，电阻ρ大于90μΩcm，积μDCmax×ρ大于0.05Ωm。采用本专利技术的合金，可制造钟表中使用的步进微电机的定子，并同时具有经济性、在潮湿环境中良好的抗氧化性和良好的性能。由于其饱和磁通密度Bs高于5000高斯，施加给转子的电磁扭矩总是远远高于阻力扭矩。由于在20℃时磁导率大于70000，磁路的磁阻低，因此可使用不太大的线圈。由于电阻率高，感应电流较小，因此能耗低。由于铬含量高于7％，因此具有良好的抗氧化性能。最后，该合金比含80％镍的合金经济性好。本文档来自技高网...

【技术保护点】
铁－镍系软磁合金，其特征在于其化学组成为，以重量％计：３４％≤Ｎｉ≤４０％，７％≤Ｃｒ≤１０％，０．５％≤Ｃｏ≤３％，０．１％≤Ｍｎ≤１％，Ｏ≤０．００７％，Ｓ≤０．００２％，Ｎ≤０．００４％，并且Ｎ＋Ｓ＋Ｏ ≤０．０１％，余量为铁和生产过程中带来的杂质。

【技术特征摘要】
FR 1999-4-2 99043021.铁-镍系软磁合金，其特征在于其化学组成为，以重量％计34％≤Ni≤40％，7％≤Cr≤10％，0.5％≤Co≤3％，0.1％≤Mn≤1％，O≤0.007％，S≤0.002％，N≤0.004％，并且N+S+O≤0.01％，余量为铁和生产过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：T维克勒，L库图，L查普特，
申请(专利权)人：安费尤吉纳精密公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]