專利名稱：力傳感器用非晶敏感合金的制法的制作方法
技術領域：
本發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。
傳感技術是目前國際上科技界、企業界爭先發展的高技術，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用范圍，扭矩力傳感器是應用較多，較重要的一種力傳感器。目前一般有三種形式應變片式、感應相位差式以及磁彈性式。應變片式的敏感材料為應變片，但其壽令低，溫度穩定性差，應用溫度范圍窄，過載能力差。感應相位差式結構復雜，體積大，價格貴。磁彈性式則是以軸本身為敏感材料，靈敏度低，精度差、結構復雜。因而目前國內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構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，發表了應用非晶FoSiB合金做扭矩力傳感器的報導，但沒有報告具體指標。一九八七年日本人K.Mohri在IEEE Mag23No.5雜志上發表了類似的內容。一九八六年日本人佐播政司在日本電氣學會マグネティツクス研究會資料一九八六。No.86 P 55發表了應用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)發表了應用FeCo-MoSiB作敏感材料，后發表了專利，專利號為DE-OS-2939561。在此基礎上又發表了專利號為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中發表了應用經橫向磁場熱處理FeSiB絲作扭矩力傳感器的敏感材料。
本發明的目的在于，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、紡織機械、機床、印刷機械、各種工具等旋轉機械中得到廣泛應用。
根據上述目的，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分析，發明了本合金成份及相應的熱處理工藝。
本發明設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。
化學成份的選擇，不僅要考慮到磁性指標，如飽和磁致伸縮常數λs、感生各向異性常數Ku、導磁率μ等，更重要的是還要考慮到合金的力學性能如強度極限、彈性模量，在考慮上述主要因素的同時，還要考慮合金的非晶形成能力及穩定性等。
本非晶合金冶煉用原材料為1＃金屬鈷以及金屬錳、鉬、鈮、鉻、結晶硅，含硼量大于90%硼的硼粉。冶煉前硼粉要進行800℃2小時烘干。
采用真空感應爐冶煉，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，其受力狀況與旋轉軸幾乎是完全一樣的，因而在軸加、減應力過程中，敏感材料由于受力而引起物性變化應與受力成正比，這里物性一般是磁性的變化。目前晶態軟磁合金由于應力-應變曲線的線性部分很小，所以其磁性能再好也很難應用于扭矩力傳感器。而非晶軟磁合金則具備這一優點。一般情況下，非晶軟磁合金在加應力時，其磁性的變化與受力成正比，但在減小應力情況下，要做到線性就很困難，一般遲滯，回差很大。為解決該問題本發明對合金成份與加減應力過程中感生各向異性的變化進行了仔細研究，同時配合適當的熱處理如淬火處理、磁場處理或應力處理，視負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℃，時間t＝10～40分淬火介質酒精磁場退火工藝磁場H＝4×104～10×104A/m溫度T＝250～320℃，時間t＝30～120分鐘 爐冷應力退火工藝應力σ＝150～450 MPa溫度T＝200～380℃，時間t＝10～90分鐘 爐冷應用本專利提供的成份和工藝，可制出性能優異的扭矩力傳感器用非晶敏感材料，其性能可達靈敏度6.39mv/Kg非線性度0.29%遲滯0.23%回差0.39%
實施例1化學成份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實施例2化學成份at%Co56.8 Fe12 Mn4Mo1 Nb1 Si14.4B10 C0.8
熱處理工藝應力處理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實施例3化學成份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
權利要求
1.軟磁非晶敏感合金及制法，其特征在于化學成份(原子%)為Co56～64，Fe8～15，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，磁場退火和應力退火或它們的組合。
2.根據權利要求1所述的制法，其特征在于予退火工藝為加熱溫度280～450℃，保溫時間10～40分鐘后淬火，淬火介質為酒精。
3.根據權利要求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℃，保溫時間30～120分鐘，爐冷。
4.根據權利要求1所述的制法，其特征在于應力退火工藝為應力大小為150～450MPa，加熱溫度為200～380℃，時間10～90分鐘，爐冷。
全文摘要
本發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 優先權日1990年7月26日
發明者張五信, 李西銘 申請人:首都鋼鐵公司