專利名稱：力傳感器用非晶敏感合金的制法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非接觸式扭矩力傳感器用軟磁非晶敏感合金及制造方法。
傳感技術(shù)是目前國際上科技界、企業(yè)界爭先發(fā)展的高技術(shù)，而敏感材料則是傳感器的心臟。敏感材料的好壞，直接影響傳感器的性能和應(yīng)用范圍，扭矩力傳感器是應(yīng)用較多，較重要的一種力傳感器。目前一般有三種形式應(yīng)變片式、感應(yīng)相位差式以及磁彈性式。應(yīng)變片式的敏感材料為應(yīng)變片，但其壽令低，溫度穩(wěn)定性差，應(yīng)用溫度范圍窄，過載能力差。感應(yīng)相位差式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格貴。磁彈性式則是以軸本身為敏感材料，靈敏度低，精度差、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。因而目前國內(nèi)外從事扭矩力傳感器研究的專家們都在尋找一種高精度的結(jié)構(gòu)簡單的非接觸式扭矩力傳感器。
一九八二年日本的K.Haracla在IEEE Trans Mag 18 No.6雜志上，發(fā)表了應(yīng)用非晶FoSiB合金做扭矩力傳感器的報(bào)導(dǎo)，但沒有報(bào)告具體指標(biāo)。一九八七年日本人K.Mohri在IEEE Mag23No.5雜志上發(fā)表了類似的內(nèi)容。一九八六年日本人佐播政司在日本電氣學(xué)會マグネティツクス研究會資料一九八六。No.86 P 55發(fā)表了應(yīng)用FeCoSiB系非晶作扭矩力傳感器的敏感材料，其靈敏度為3mv/Kg。西德真空熔煉公司(VAC)發(fā)表了應(yīng)用FeCo-MoSiB作敏感材料，后發(fā)表了專利，專利號為DE-OS-2939561。在此基礎(chǔ)上又發(fā)表了專利號為DE 3407917，該扭矩力傳感器所用敏感材料為非晶CoNiSiB合金。一九八九年美國的M.Wun-Fogle等人在J.Mater.Eng 1989 Vol11No.1中發(fā)表了應(yīng)用經(jīng)橫向磁場熱處理FeSiB絲作扭矩力傳感器的敏感材料。
本發(fā)明的目的在于，尋找一種新型的非晶合金，通過加入某些合金元素，并密切和熱處理工藝配合，保證該合金做為非接觸式扭矩力傳感器敏感材料，有高的靈敏度，低的非線性偏移和低的遲滯。以使非接觸型扭矩力傳感器能在汽車、冶金、紡織機(jī)械、機(jī)床、印刷機(jī)械、各種工具等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用。
根據(jù)上述目的，通過對非接觸式扭矩力傳感器工作原理，及敏感元件的工作狀態(tài)分析，發(fā)明了本合金成份及相應(yīng)的熱處理工藝。
本發(fā)明設(shè)定的適宜的成份范圍是Co56～64 at%、Fe8～15 at%M2～6 at%、Si12～17 at%B8～14 at%、C0.5～2 at%其中M＝Mn、Mo、Nb、Cr中之一種或幾種組元之和。
化學(xué)成份的選擇，不僅要考慮到磁性指標(biāo)，如飽和磁致伸縮常數(shù)λs、感生各向異性常數(shù)Ku、導(dǎo)磁率μ等，更重要的是還要考慮到合金的力學(xué)性能如強(qiáng)度極限、彈性模量，在考慮上述主要因素的同時(shí)，還要考慮合金的非晶形成能力及穩(wěn)定性等。
本非晶合金冶煉用原材料為1＃金屬鈷以及金屬錳、鉬、鈮、鉻、結(jié)晶硅，含硼量大于90%硼的硼粉。冶煉前硼粉要進(jìn)行800℃2小時(shí)烘干。
采用真空感應(yīng)爐冶煉，精煉真空度要高于0.133Pa。硼、硅及錳、鉬、鈮、鉻元素在精煉期加入，精煉時(shí)間5～10分鐘。
用單輥法制備非晶條帶，帶厚為0.030～0.035mm左右，表面光滑無孔洞。
眾所周知，扭矩力傳感器用敏感材料，其受力狀況與旋轉(zhuǎn)軸幾乎是完全一樣的，因而在軸加、減應(yīng)力過程中，敏感材料由于受力而引起物性變化應(yīng)與受力成正比，這里物性一般是磁性的變化。目前晶態(tài)軟磁合金由于應(yīng)力-應(yīng)變曲線的線性部分很小，所以其磁性能再好也很難應(yīng)用于扭矩力傳感器。而非晶軟磁合金則具備這一優(yōu)點(diǎn)。一般情況下，非晶軟磁合金在加應(yīng)力時(shí)，其磁性的變化與受力成正比，但在減小應(yīng)力情況下，要做到線性就很困難，一般遲滯，回差很大。為解決該問題本發(fā)明對合金成份與加減應(yīng)力過程中感生各向異性的變化進(jìn)行了仔細(xì)研究，同時(shí)配合適當(dāng)?shù)臒崽幚砣绱慊鹛幚?、磁場處理或?yīng)力處理，視負(fù)載情況不同可采取不同方法，一般的處理工藝為予退火工藝溫度T＝280～450℃，時(shí)間t＝10～40分淬火介質(zhì)酒精磁場退火工藝磁場H＝4×104～10×104A/m溫度T＝250～320℃，時(shí)間t＝30～120分鐘 爐冷應(yīng)力退火工藝應(yīng)力σ＝150～450 MPa溫度T＝200～380℃，時(shí)間t＝10～90分鐘 爐冷應(yīng)用本專利提供的成份和工藝，可制出性能優(yōu)異的扭矩力傳感器用非晶敏感材料，其性能可達(dá)靈敏度6.39mv/Kg非線性度0.29%遲滯0.23%回差0.39%
實(shí)施例1化學(xué)成份at%Co61.2 Fe9.8 Mn2.6 Mo1.0Si14 B10 C1.4熱處理工藝予退火400℃ 20分鐘 酒精中淬火應(yīng)力處理350℃ 350MPC 30分鐘性能Kg·m 加載 減載0 0 02 1.99 1.974 3.97 3.976 5.97 5.978 7.97 7.9710 9.96 9.9712 11.96 11.9714 13.96 13.9716 15.96 15.9719 18.96實(shí)施例2化學(xué)成份at%Co56.8 Fe12 Mn4Mo1 Nb1 Si14.4B10 C0.8
熱處理工藝應(yīng)力處理250℃ 400MPa 爐冷性能Kg·m 加載 減載0 01 0.99 0.982 2.00 1.973 3.00 2.974 4.00 3.985 5.01 4.986 6.00 5.978 8.00 7.9910 10.00實(shí)施例3化學(xué)成份at%Co62.5 Fe9.2Mn1.6 Mo2Si13 B11.7C1.1熱處理工藝(1)280℃ 橫磁 30分鐘 爐冷(2)280℃ 300MPa 20分鐘 爐冷性能Kgfm 加載 減載0 0 01 1.00 1.002 2.00 2.003 2.99 2.994 3.99 3.986 5.98 5.988 8.00 8.0010 9.99
權(quán)利要求
1.軟磁非晶敏感合金及制法，其特征在于化學(xué)成份(原子%)為Co56～64，F(xiàn)e8～15，M·2～6，Si12～17，B8～14，C0.5～2.0，其中M=Mn、Mo、Nb、Cr中之一種或幾種組元之和，使用真空感應(yīng)爐冶煉母材，用單輥法制成非晶條帶，然后予退火，磁場退火和應(yīng)力退火或它們的組合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于予退火工藝為加熱溫度280～450℃，保溫時(shí)間10～40分鐘后淬火，淬火介質(zhì)為酒精。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于磁場退火工藝為磁場大小4～10×104A/m，溫度250～320℃，保溫時(shí)間30～120分鐘，爐冷。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制法，其特征在于應(yīng)力退火工藝為應(yīng)力大小為150～450MPa，加熱溫度為200～380℃，時(shí)間10～90分鐘，爐冷。
全文摘要
本發(fā)明屬于非接觸式扭矩力傳感器用軟磁非晶敏感合金及制造方法。該發(fā)明通過加入某些合金元素及熱處理工藝的配合，使合金具有高的靈敏度，低的非線性偏移和低的遲滯性能。
文檔編號C22C19/07GK1058427SQ9010483
公開日1992年2月5日 申請日期1990年7月26日 優(yōu)先權(quán)日1990年7月26日
發(fā)明者張五信, 李西銘 申請人:首都鋼鐵公司