Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта

Авторы патента:

H01F1/153 - Магниты; индуктивности; трансформаторы; выбор материалов, обеспечивающих магнитные свойства (керамические составы на основе ферритов C04B 35/26; сплавы C22C; термомагнитные приборы H01L 37/00; громкоговорители, микрофоны, адаптеры или подобные акустические электромеханические преобразователи H04R)

C22C19/07 - кобальта

Владельцы патента RU 2354734:

ООО "ФЕАЛ-ТЕХНОЛОГИЯ" (RU)

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве электромагнитных компонентов и устройств, в частности высокочастотных импульсных трансформаторов типов S_o, U_po и U_ko, в системах телекоммуникаций с цифровыми линиями связи ISDN, трансформаторах тока электронных счетчиков электроэнергии, противопожарных датчиках. Техническим результатом изобретения является улучшение магнитных свойств путем оптимального подбора компонентов и регулирования соотношения между ними, при этом полученный сплав обладает одновременно высокой магнитной проницаемостью и магнитной индукцией при сохранении околонулевой магнитострикции. Сплав содержит, ат.%: Со 58,0-75,0; Fe 1,3-2,0; Mn 0,8-2,0; Ni 5,0-9,0; Cr 0-1.7; Si 4,0-10,0; В 9,0-15,0. Суммарное содержание железа и марганца составляет 2,1-4,0 ат.%, суммарное содержание хрома, кремния и бора составляет 13,0-26,7, соотношение между группами компонентов: Fe+Mn/Co+Ni+Fe+Mn находится в диапазоне 0,030-0,045, а отношение содержания бора к содержанию кремния - в диапазоне 1,5-2,25. 3 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве различных электромагнитных компонентов и устройств, в частности, высокочастотных импульсных трансформаторов, в системах телекоммуникаций с цифровыми линиями связи, трансформаторах тока электронных счетчиков электроэнергии, противопожарных датчиках и т.д.

Известен «Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта», содержащий кобальт, железо, марганец и аморфизатиры в виде кремния и бора, при этом он содержит компоненты в следующих соотношениях, ат.%:

Кобальт	71-73,5
Железо	2,7-4,7
Марганец	не более 2,3
Хром	не более 1,7
Кремний	12,8-13,3
Бор	8,6…9,2

При следующих соотношениях между ними, ат.%:

Fe+Mn = 4,5-5,2;

(Fe+Mn)/(Co+Fe+Mn)=0,059-0,066;

Cr+Si+B-22-24.

Патент РФ №2162899, МКИ С22С 45/04, 19/07, дата публ. 2001.02.10

Известен «Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта», содержащий кобальт, железо, никель, бор, кремний и хром, при этом он дополнительно содержит церий, иттрий и цирконий при следующем содержании компонентов, ат.%:

Железо	1,8-4
Никель	6,2-8
Бор	8-10
Кремний	10-12
Церий	0,6-1,2
Иттрий	0,2-0,8
Хром	2-3,5
Цирконий	0,5-1,5
Кобальт	Остальное

Патент РФ №2273680, МКИ С22С 45/04, 19/07; H01F 1/153, дата публ. 2006.04.10

Известен «Магнитный сплав на основе кобальта» (Co_1-xFe_x)_100-a-b-cM_aSi_bB_c, где М - один или несколько компонентов из группы, содержащей Ni, Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Та, Ru, Ti, Zr, а индексы имеют следующие значения: х=0-0,2; а=0-20; b=5-20; с=5-20; b+c=5-30 ат.%, причем более 80% структуры сплава является аморфной.

Патент US №4188211, МКИ С22С 19/00, 1980 г.

Наиболее близким аналогом по составу компонентов к заявляемому изобретению является «Ленточный сердечник для работы в слабых магнитных полях», выполненный из аморфного сплава на основе кобальта, содержащего железо, кремний, бор, один или несколько компонентов из группы, содержащей титан, ванадий, хром, марганец, никель, цирконий, ниобий, молибден, рутений, гафний, тантал, вольфрам, при этом сплав содержит компоненты при следующем соотношении компонентов, ат.%:

Железо	2-5
Кремний	10-19
Бор	9-15
Один или несколько компонентов из группы,
содержащей титан, ванадий, хром, марганец,
никель, цирконий, ниобий, молибден, рутений,	2-5
гафний, тантал, вольфрам
Кобальт	остальное

причем сумма компонентов кремний и бор составляет 25-30 ат.%:

Патент РФ №2009248, МКИ С22С 19/07, дата публ 1994.03.15.

К техническому результату относится улучшение магнитных свойств аморфного магнитомягкого сплава на основе кобальта путем оптимального подбора компонентов сплава в определенных пределах и регулирования соотношения между ними, при этом полученный сплав обладает одновременно высокой магнитной проницаемостью и магнитной индукцией при сохранении околонулевой магнитострикции.

Технический результат достигается тем, что в аморфном магнитомягком сплаве на основе кобальта, железа, марганца, никеля, хрома, кремния и бора в пределах 9,0-15,0, ат.%, содержание компонентов поддерживают в следующих количествах, ат.%:

Со	58-75
Fe	1,3-2,0
Mn	0,8-2,0
Ni	5,0-9,0
Cr	0-1,7
Si	4,0-10,0

Суммарное содержание железа и марганца составляет 2,1-4,0 ат.%.

Суммарное содержание хрома, кремния и бора составляет 13-26,7.

Соотношение между группами компонентов: Fe+Mn/Со+Ni+Fe+Mn находится в диапазоне 0,030-0,045. В аморфном магнитомягком сплаве на основе кобальта с его содержанием 58-75 ат.% отношение содержания бора к содержанию кремния поддерживают в диапазоне 1,5-2,25.

Примеры создания аморфного магнитомягкого сплава на основе кобальта, обладающего следующими магнитными свойствами: индукцией насыщения Bs в диапазоне 0,52-1,1 Тл, магнитной проницаемостью µ' в диапазоне 1100-120000 и околонулевой магнитострикцией, и результаты измерений сведены в таблицы 1, 2, и 3. Таблица 1 содержит примеры химических композиций сплава.

Таблица 2 - магнитные свойства композиций.

Таблица 3 - влияние соотношения: Fe+Mn/Со+Ni+Fe+Mn на магнитострикцию.

Комплекс этих свойств в заданных узких пределах играет определяющую роль в работе трансформаторов телекоммуникационных систем, электронных счетчиков, датчиков и других электромагнитных устройств различного назначения.

Указанные свойства можно достигнуть в предлагаемом сплаве следующего химического состава в атомных %:

Со	58-75
Fe	1,3-2,0
Mn	0,8-2,0
Ni	5,0-9,0
Cr	0-1.7
Si	4,0-10,0
В	9,0-15,0

При этом химические компоненты сплава сгруппированы друг с другом в следующих количественных отношениях в атомных %:

Fe+Mn	2,1-4,0
Cr+Si+B	13-26,7
Fe+Mn/Со+Ni+Fe+Mn	0,030-0,045

Кроме того, с целью повышения индукции B_s в окобальтовом сплаве с концентрацией кобальта 58-75% отношение содержания бора к содержанию кремния должно быть в пределах 1,5-2,25.

Путем изменения содержания компонентов сплава в указанных пределах при соблюдении предлагаемых соотношений между ними достигается необходимый комплекс свойств. Так, при увеличении концентрации Fe в первой группе от 1,3 до 2,0% (при соответствующем уменьшении концентрации Mn в пределах одной и той же суммы) растет индукция B_s и уменьшается проницаемость µ', и, наоборот, при увеличении концентрации Mn и соответствующем уменьшении Fe падает индукция и растет проницаемость.

Влияние элементов группы (Cr+Si+В) на указанные свойства сплавов однотипно, поэтому основную роль играет их суммарное содержание в группе. При увеличении суммы этих элементов (при соответствующем уменьшении суммы Со+Fe+Mn+Ni) уменьшается B_s и увеличивается µ'. При уменьшении этой суммы элементов растет индукция и уменьшается проницаемость. При увеличении суммы (Cr+Si+В) более 28% величина B_s уменьшается ниже требуемых значений (0,52 Тл), а при уменьшении этой суммы менее 13% значение проницаемости µ' становится ниже требуемой минимальной величины (1100). Кроме того, при этом уменьшается способность сплава к аморфизации.

Предлагаемое отношение суммы элементов (Fe+Mn) к сумме (Со+Fe+Mn+Ni) обеспечивает получение в сплаве околонулевого значения магнитострикции насыщения λ_s. При увеличении этого отношения выше 0,050 значение λ_s увеличивается и имеет положительный знак, а при уменьшении менее 0,030 величина λ_s также увеличивается и переходит в область отрицательных значений.

Легирование никелем проводится в вариантах сплава с пониженной и средней индукцией (с содержанием кобальта менее 70%) с целью уменьшения магнитострикции, коэрцитивной силы и электромагнитных потерь.

Что касается отношения B/Si для сплава с содержанием Со>70%, то его увеличение более 2,5 уменьшает склонность сплава к аморфизации и ухудшает технологические свойства, а уменьшение менее 1,5 не приводит к заметному дополнительному росту индукции.

Таким образом, изменяя содержание химических элементов в заданных пределах и группах, а также выдерживая предлагаемые соотношения между ними, можно регулировать магнитные свойства сплава в широком диапазоне и получать необходимый уровень параметров в электромагнитных изделиях различного назначения. При этом можно регулировать не только отмеченные магнитные свойства (B_s, µ', λ_s), но и другие важные характеристики, в частности, коэрцитивную силу Не, температуры Кюри Т_c и кристаллизации Т_кр..

Из предлагаемого сплава методом спиннингования с использованием бронзового закалочного диска были изготовлены аморфные ленты толщиной 20 мкм и шириной 4,5 мм. Из этих лент изготовлены контрольные образцы, на которых после термообработки в магнитном поле измеряли индукцию B_s, относительную магнитную проницаемость µ' при частоте 10 кГц, коэрцитивную силу Н_c, температуры Кюри Т_c и кристаллизации Т_кр., магнитострикцию насыщения λ_s.

Предлагаемый состав сплава может найти широкое применение в производстве различных электромагнитных компонентов и устройств, в частности, высокочастотных импульсных трансформаторов типов S_o, U_po и U_ko в системах телекоммуникаций с цифровыми линиями связи ISDN, трансформаторах тока электронных счетчиков электроэнергии, противокражных датчиках.

Таблица 1
Примеры химических композиций сплава по изобретению.
№ п/п	Химический состав сплава (ат.%)	Co	Fe+Mn	Cr+Si+В	Fe+Mn/Co+Ni+Fe+Mn	B/Si
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.	Co_58,8 Ni_8,5 Fe_4,2 Mn_0,8 Cr_1,4 Si_12,8 B_13,5 Co_59,4 Ni_8,5 Fe₄ Mn_1,1 Cr_1,4Si_12,6 B₁₃ Co_65,3 Ni_2,8 Fe_3,2 Mn₂ Cr_1,5 Si_12,1 B_13,1 Co_70,7 Fe_2,9 Mn_2,2 Cr_0,8 Si_7,2 B_16,2 Co_71,7 Fe_2,9 Mn_2,2 Cr_0,8 Si_8,4 B₁₄ Co_71,7 Fe_2,9 Mn_2,2 Cr_0,8 Si₆ B_16,4 Co₇₄ Fe_3,3 Mn₂Cr_0,7 Si_7,5 В_12,5 Co₇₄ Fe_3,3 Mn₂ Cr_0,7 Si₅ B₁₅	58,8 59,4 65,3 70,7 71,7 71,7 74 74	4,5 4,1 4,1 4,0 3,9 4,0 4,0 4,0	26,7 27,0 26,7 26,2 25,2 23,2 20,7 20,7	0,039 0,04 0,041 0,045 0,036 0,042 0,037 0,041	- - - 2,25 1,67 2,23 1,67 2,15

Таблица 2
Магнитные свойства композиций из табл.1.
№ п/п	В_s, Тл	µ'	Н_с, А/м	T_c, °C	T_кр., °С
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.	0,54 0,60 0,67 0,85 0,90 0,92 0,96 1,00	110000 67000 48000 3000 1900 2000 1330 1350	0,16 0,24 0,24 0,96 2,00 2,00 3,20 3,20	190 230 265 380 430 430 >Т_кр. >Т_кр.	530 520 510 485 470 470 440 440

Таблица 3
Влияние соотношения Fe+Mn / Со+Ni+Fe+Mn на магнитострикцию λ_s
№ п/п	Химический состав сплава, ат.%	Fe+Mn/Co+Ni+Fe+Mn	λ_s
1. 2. 3. 4. 5. 6.	Co₇₂Fe_2,8 Mn_1,6 Cr_0,8Si_13,5B_9,3 Co_74,5 Fe₂ Mn₃ Cr_0,5 Si₅ B₁₅ Co₇₄ Fe_3,3 Mn₂ Cr_0,7 Si₅ В₁₅ Co_59,4 Ni_8,5 Fe₄ Mn_1,1 Cr_1,4 Si_12,6 B₁₃ Co_65,3 Ni_2,8 Fe_3,2 Mn₂ Cr_1,5 Si_12,1 B_13,1 Co_74,2 Fe_3,4 Mn_2,4 Si₅ B₁₅	0,058 0,063 0,067 0,070 0,071 0,073	-2·10^-6 -0,1·10^-6 +0,02·10^-6 -0,1·10^-6 +0,2·10^-6 +1,5·10^-6

Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, содержащий кобальт, железо, марганец, никель, хром, кремний и бор, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующих количествах, ат.%:

Со	58,0-75,0
Fe	1,3-2,0
Mn	0,8-2,0
Ni	5,0-9,0
Cr	0-1,7
Si	4,0-10,0
В	9,0-15,0

причем суммарное содержание железа и марганца составляет 2,1-4,0 ат.%, суммарное содержание хрома, кремния и бора составляет 13,0-26,7, соотношения между группами компонентов: Fe+Mn/Co+Ni+Fe+Mn находится в диапазоне 0,030-0,045, а отношение содержания бора к содержанию кремния - в диапазоне 1,5-2,25.

Изобретение относится к получению магнитопровода. .

Способ получения магнитомягкого материала // 2350676

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению магнитомягких материалов на основе железа. .

Способ получения порошковых магнитных материалов // 2348997

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к получению ферромагнитных порошковых материалов. .

Способ изготовления высокопроницаемых марганец-цинковых ферритов // 2343579

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению высокопроницаемых марганец-цинковых ферритов, которые могут применяться в электронике, радиотехнике, приборостроении, медицине и др.

Способ изготовления полосы из нанокристаллического материала и устройство для изготовления тороидального сердечника, намотанного из этой полосы // 2342725

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способу изготовления полосы из нанокристаллического материала, полученной из ленты, отливаемой в аморфном состоянии, со следующим атомным составом: где М' является, по меньшей мере, одним из элементов V, Cr, Al и Zn, М'' является, по меньшей мере, одним из элементов С, Ge, P, Ga, Sb, In и Be, при a 0,07 и b 0,1; 0,5 х 1,5 и 2 5; 10 y 16,9 и 5 z 8; 2 и 2.

Способ получения магнитной жидкости // 2340972

Изобретение относится к получению магнитных жидкостей и может найти применение при разделении немагнитных материалов по плотности, а также в приборостроениях и отраслях, в которых используются магнитожидкостные уплотнения.

Способ получения магнитной жидкости // 2339106

Изобретение относится к технологии получения магнитной жидкости, применяемой в магнитогидростатических сепараторах для разделения фаз при очистке нефтесодержащих вод и утилизации нефтешламов.

Ферритовый материал // 2339105

Изобретение относится к ферритовым материалам, предназначенным для использования в сверхвысокочастотных волноводно-стержневых антенных элементах фазированных антенных решеток.

Способ изготовления анизотропных ферритов // 2338627

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способам изготовления ферритовых материалов, предназначенных для работы в радиоэлектронных устройствах миллиметрового диапазона длин волн (90-150 ГГц).

Способ получения постоянных магнитов из сплавов на основе системы неодим-железо-бор или празеодим-железо-бор // 2337975

Изобретение относится к области получения постоянных магнитов с мелкозернистой структурой из сплавов на основе системы неодим-железо-бор или празеодим-железо-бор, обладающих повышенными магнитными характеристиками.

Сплав на основе кобальта // 2352663

Изобретение относится к металлургии, в частности к составам литейных сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для изготовления лопаток турбореактивных двигателей.

Способ получения литого сплава на основе кобальта в режиме горения // 2352662

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению литых сплавов на основе кобальта. .

Состав сварочной проволоки // 2346797

Изобретение относится к металлургии и к сварочному производству, и может быть использовано для изготовления сплавов на кобальтовой основе и присадочных металлов из этих сплавов для сварки, наплавки и ремонта сваркой ответственных деталей из высоколегированных жаропрочных никелевых и кобальтовых сплавов деталей горячего тракта авиационных газотурбинных двигателей, работающих при высоких температурах (более 900°С).

Сплав на основе кобальта // 2333990

Спеченный антифрикционный материал на основе кобальта // 2332476

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к антифрикционным материалам на основе кобальта. .

Сплав для изготовления заготовок зубных протезов и способ его получения // 2331687

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в стоматологии при изготовлении каркасов зубных коронок и мостов, предназначенных к последующей облицовке керамическими материалами, у которых диапазон среднего значения термического коэффициента линейного расширения (ТКЛР) составляет 13,5-14,5×10 -6 К-1 в интервале температур 250-550°С.

Сплав на основе кобальта // 2321658

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для изготовления лопаток турбореактивных двигателей.

Сплав на основе кобальта // 2321657

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы в энергетическом машиностроении. .

Сплав на основе кобальта // 2321656

Изобретение относится к области металлургии, в частности к составам литейных сплавов на основе кобальта, которые могут быть использованы для изготовления лопаток турбореактивных двигателей.

Сплав для носителя термомагнитной записи // 2293377

Изобретение относится к области приборостроения и может использоваться в качестве материала для термомагнитной записи при создании магнитооптических запоминающих устройств.

Спеченный антифрикционный материал на основе кобальта // 2360991

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам антифрикционных материалов на основе кобальта, которые могут быть использованы в машиностроении