专利名称：巨磁阻抗材料的复合式焦耳处理方法
技术领域：
本发明属于功能材料的制造方法领域，特别适用于制备具有磁场敏感特性的巨磁阻抗材料的复合式焦耳处理方法。
背景技术：
在现有技术中，巨磁阻抗材料是近年来发展起来的一种新型磁场敏感材料，其原理是利用材料的巨磁阻抗(GMI)效应，即在导体中通以交流电流，导体的阻抗随外磁场的变化发生敏感的变化，利用GMI效应可以制成高灵敏度的磁敏材料，其磁场灵敏度可达到10-4奥斯特以上，并且响应速度明显高于MR材料、AMR材料和GMR材料(参见K.Mohri，T.Uchiyama，L P. Shen，Sensitive Micro Magnetic Sensor Family UtilizingMagneto-impedance and Stress-impedance Effects for IntelligentMeasurements and Controls. Sensors and Actuators A，2001，9185-90.)，因此成为目前的一个应用研究热点。衡量GMI材料性能的主要参数有最大阻抗变化率和磁场灵敏度。为了提高阻抗的变化率和磁场灵敏度，人们在材料的成分体系研究和后处理方法及工艺方面做了大量的工作，并进行了深入的理论研究，结果表明(参见P.Ripka，L.Kraus，MagneticSensors and Magnetometer. MAArtech House，2001.350)，GMI材料应同时具有高磁导率和横向各向异性。对于非晶态合金，Co基非晶和特定成分Fe基非晶合金在纳米晶化以后都具有很高磁导率，是理想的GMI候选材料。但是，由于非晶态合金在快速凝固过程中内部残留很大的内应力，并且内应力的分布是不均匀的，这种不均匀的内应力与磁致伸缩相互作用，导致材料的各项异性也是不均匀的，即各个不同的内应力区的各项异性方向是不同的。尽管非晶态合金在制备态具有不均匀的内应力分布，但材料的内应力是可以通过对材料的后处理来改变。等温热处理方法是常用的方法之一，非晶态合金经过等温退火后，消除了应力的不均匀性，但同时也减小了材料的各项异性，不利于产生GMI效应。直流电流焦耳处理是改变材料各项异性分布的另一种有效的方法，为了获得较强的横向各项异性，需要对材料进行大电流密度的焦耳处理，这种处理方法的缺点是处理后的材料变脆，不利于实际应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种具有提高巨磁阻抗性能，同时还保持材料原有韧性，并降低生产成本的巨磁阻抗材料的复合式焦耳处理方法。
根据上述目的，我们提出的技术方案的特征是将非晶态材料进行长时间小电流密度焦耳处理后，再进行短时间大电流密度焦耳处理，具体步骤是(1)长时间小电流密度焦耳处理时，电流的上升时间为1-10秒；最大电流密度为5-23A/mm2，电流保持时间为8-120秒；电流从最大电流密度降为0的时间为0.01-1秒；(2)短时间大电流密度焦耳处理时，电流的上升时间为0.01-1秒；最大电流密度为26-45A/mm2，电流保持时间为1-60秒；电流从最大电流密度降为0的时间为0.001-0.1秒；(3)长时间小电流密度焦耳处理和短时间大电流密度焦耳处理的时间间隔≥120秒。
本发明方法的其它特征还有是上述所指的巨磁阻抗材料是非晶态金属薄带，还可以是非晶金属细丝。
我们采用的技术方案的工作原理是首先对材料施加长时间的小电流密度焦耳处理，目的是通过结构弛豫消除材料内部不均匀的内应力，并感生出较小的横向各项异性；然后对材料施加短时间的大电流密度焦耳处理，目的是使磁畴在纵向大电流产生的横向磁场下一致转向横向，从而产生很强的横向各项异性，同时由于短时间焦耳处理的快速升温和快速降温效应，在材料内部感生的横向各项异性由于快速降温而被“冻结”。因此，经第二段焦耳处理后的材料具有很强的横向各项异性。
采用本发明方法与现有技术相比具有的优点为其优化巨磁阻抗性能提高2倍以上，同时还保持材料原有韧性，在样品处理过程中性能易于控制，而且处理时间较短，使产品的生产费用即使用成本降低30-50％，对稳定批量的生产巨磁阻抗材料产品其效果更好。
具体实施例方式
本发明实施例是针对非晶态合金薄带进行的对比实验，所用材料成分为Co71.8Fe4.9Nb0.8Si7.5B15，采用急冷方法喷制成非晶态薄带，非晶薄带的具体规格尺寸和处理方法的参数可见实施例的表1。与现有技术的性能对比见表2。在表2中编号为1-16为本发明方法所制备的样品，编号为17-19为现有技术方法制备的样品。在下述对比表中编号为17、18、19为对比材料，成分均为Co71.8Fe4.9Nb0.8Si7.5B15，其中编号为17样品采用等温退火方法制备，退火温度为450℃，退火时间为30分钟，在氩气氛保护下进行，退火后的样品变得很脆，所以该样品的使用条件较苛刻，使用范围受到限制。编号为18的样品是经过电流密度为52A/mm2大电流密度焦耳处理后的样品，尽管韧性比等温退火样品有所改善，但该样品的最大阻抗变化率不到本发明方法处理样品的最大阻抗变化率的1/2。再有编号为19的样品是在80MPa应力下经过电流密度为45A/mm2焦耳处理后的样品，该样品的最大阻抗变化率仅为本发明方法处理样品的最大阻抗变化率的1/3左右，韧性为本发明方法处理样品的韧性的1/2左右。
表1本发明实施例非晶合金薄带巨磁阻抗材料规格及处理工艺参数表
表2本发明实施例与现有技术的样品性能对比表
权利要求
1.一种巨磁阻抗材料的复合式焦耳处理方法，其特征是将非晶态材料进行长时间小电流密度焦耳处理后，再进行短时间大电流密度焦耳处理，其具体的步骤是(1)长时间小电流密度焦耳处理时，电流的上升时间为1-10秒，最大电流密度为5-23A/mm2，电流保持时间为8-120秒，电流从最大电流密度降为0的时间为0.01-1秒；(2)短时间大电流密度焦耳处理时，电流的上升时间为0.01-1秒，最大电流密度为26-45A/mm2，电流保持时间为1-60秒，电流从最大电流密度降为0的时间为0.001-0.1秒；(3)长时间小电流密度焦耳处理和短时间大电流密度焦耳处理的时间间隔≥120秒。
2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是复合式焦耳处理的巨磁阻抗材料是非晶态金属薄带。
3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征是复合式焦耳处理的巨磁阻抗材料是非晶态金属细丝。
全文摘要
本发明属于功能材料的制造方法领域，特别适用于制备巨磁阻抗材料的复合式焦耳处理方法。该方法第一步对巨磁阻抗材料进行长时间小电流密度焦耳处理，电流的上升时间为1－10秒，最大电流密度为5－23A/mm
文档编号H01L43/10GK1553525SQ200310118469
公开日2004年12月8日 申请日期2003年12月18日 优先权日2003年12月18日
发明者周少雄, 李德仁, 卢志超, 陈孝文, 刘辉, 韩伟 申请人:安泰科技股份有限公司, 钢铁研究总院