0 绪论
高导磁坡莫合金一大缺点就是磁性对应力极为敏感，该问题目前仍是制约高导磁坡莫合金扩大应用范围的一大瓶颈，也是困扰材料开发生产者的“老大难”问题。以前使用的磁头材料一般为1J79、1J85、1J80等坡莫合金，虽然软磁性很好，但其共同的缺点是，硬度不高，不耐磨，影响其寿命；不耐应力，磁头生产过程中产生的应力使其性能大幅度降低。为了解决这些问题，近年来，国内外先后开发了“硬坡莫”，如1J88、1J87、1J89、1J90、1J91等，虽然这些材料耐磨损、耐应力性能较好，但由于加入了较多的合金硬化元素，使得BS降低较多，不适应高密度、高精度和小型化的要求，而且材料成本相对较高。随着双声道、四声道磁头的大量应用，具有高耐磨、高导磁、高硬度、高耐应力、较好软磁性能等综合性能的磁头材料成为了当前市场的迫切需求[2][3][4]。特别对于高精度多声道磁头芯片，为了保证各个声道性能的匹配，对芯片材料磁导率在磁头生产工艺条件（环氧树脂灌封及磁头装配）下，要求下降率不大于10%的苛刻要求，PC-47合金便是应这种需求而开发的一种高耐磨、高导磁、较高硬度、较高饱和磁感应强度的硬韧坡莫合金，目前已是日、美等国的成熟产品，由于国内厂家尚无法提供令磁头厂家满意的原料，该合金基本完全靠进口， 为了改变这种现状，我们进行了该合金的开发工作。
1 实验方法及生产工艺要点
试验料采用全新料冶炼，主要原料采用1#镍，金属铌，ZDT2纯铁。200Kg真空感应炉冶炼，浇注成150Kg锭子，锻造、热轧成冷带坯，后经中间配合软化光亮退火处理轧制到成品冷带。在成品冷带上取样料，0.114mm和0.097mm厚度规格的分条成10mm条后卷绕成内径为24mm，外径为28mm，高为10mm的铁心样，电泳涂层；0.143mm厚的冲制成内径为35mm，外径为40mm的环，经手工湿涂后经不同热处理后20片叠起，用直流冲击法测静态磁性能，用伏安法测动态磁性。并在与磁性样同炉处理的试样上测硬度和电阻率。硬度采用维氏硬度计，冷轧态料荷载1Kg，软态料荷载0.3Kg。热处理炉为氢气保护，氢气露点为-50℃以下。
2 实验结果和讨论
2.1 成分控制
基于保证该合金较高的初始磁导率、饱和磁化强度和适当的硬度，参考日本实物料的解剖结果以及国内外Ni-Fe-Nb-Mo系高导磁合金开发成果[6][7][8]，确定Nb含量为3.8%左右，Mo含量为1.1%左右，按照 “磁性原子比理论”的修正和发展理论的规律[1]，按照规律Ⅰ（WNi=77.36+0.476WMo+0.277WNb）计算该合金镍含量为78.94%，按照规律Ⅱ（WNi=78.58+0.393WMo+0.206WNb）计算该合金镍含量为79.80%，按照规律Ⅲ（WNi=77.25+0.478WMo+0.282WNb）计算该合金镍含量为78.85%。基于保证较高磁导率的基础上合金具有较高的饱和磁感应强度与低的磁性应力敏感性，故以规律Ⅱ作为成分设计基础。研究资料表明，多添加1%左右的Ni，使材料磁致伸缩系数从负方向趋于零，可以降低压应力对磁性能的影响，甚至磁性能得到改善，考虑使其耐应力，多添加部分镍，并通过解剖分析美日实物料，确定镍含量为80.8%左右。为了考察Ni、Nb含量对磁性能特别是磁性应力敏感性能的影响，我们试验了三种成分的合金（见表1），较低Ni含量较低Nb含量的2206合金，较高镍含量较高Nb含量的2564合金，较低Ni含量较高Nb含量2565合金。
表1 试验料化学成分
Table 1 Compositions of testing alloys
编号 C% Si% Mn% Ni% Mo% Nb% Fe%
日本 0.02 <0.05 0.60 80.64 1.06 4.3 余
2206 0.01 0.09 0.51 80.35 1.12 3.40 余
2564 0.01 <0.1 0.48 80.83 1.12 3.89 余
2565 0.01 0.08 0.55 80.40 1.06 3.94 余

注：表中日本料为实物料在我公司的分析成分。
2.2  性能研究
2.2.1 理论计算与实际比较
根据“磁性原子比”理论计算试验料的物理性能如表2，计算与实测符合较好。
2.2.2 硬度
试验料硬度见表3，从实测数据来看，三个规格三个变形量硬态硬度基本处于相同水平，说明在所试验变形量范围内变形量对硬度影响不大。软态硬度在时效处理后硬度有所上升，根据资料[8]，我们认为这是由于时效处理造成该材料Ni3Nb的预析出调幅结构所致。软态硬度随退火温度的变化见图1，可以看出，同规格试验合金在其他参数给定，随退火温度提高（退火4小时，炉冷到650℃保温1.5小时，急冷），软态硬度下降，1150℃以后，硬度趋于稳定。相较而言，其他因素（成分，工艺）差异不大的情况下，Nb含量高的合金软态硬度高。
2.2.3 软磁性能
表4是我公司试验料与日本料实际性能水平，可见试验料与日本料性能相当。另外，从试验结果来看，该料在退火处理后在大气环境下时效处理后，直流与低频交流磁性能下降幅度较大，而高频交流磁性能保持稳定甚至提高，硬度(Hv)上升10左右（见表3），这一处理结果将降低合金灌封装配后的性能下降率，有助于磁头装配后性能的稳定一致，有利于提高磁头频响值。从试验结果来看，无论从达到的磁性能水平还是时效处理的下降率水平以及树脂灌封后的磁性下降水平，2564合金均取得了较理想的水平。从成分来看，2564合金是最接近我们的设计控制点，这也证明我们的成分设计控制是合理的。
图2为试验料不同退火温度下的磁性能情况（热处理1~4分别为：(1050℃，1100℃，1150℃，1200℃)/4h，炉冷到650/1.5h，急冷），可以看出，该合金直流及低频(0.3K、1kHz)交流性能随退火温度提高而提高，1150℃以上趋于稳定；10KHz交流性能随退火温度提高而先升高后降低，在1100℃、1150℃较佳，说明该合金就该频率存在一最佳晶粒大小；而100kHz交流性能随退火温度提高降低，说明晶粒长大对高频损耗增加的影响明显。
2.2.4 应力对软磁性能的影响
图3为试验合金树脂灌封对磁性能的影响。 a为日本料及我公司PC-47试验合金φ8（内径）/10（外径）冲环灌封试验结果。结果表明，我公司试验料同日本料耐应力水平相当，在低频甚至要好于日本料。另外，单就音频磁头装配条件下的耐应力稳定性而言，PC-47合金要好于S1J80A（相当于日本PC-272）合金[10]。
表5、图3b为试验合金φ24（内径）/28（外径）*10mm（高）卷绕铁芯灌封试验，可以看出：同材质取得高性能的情况下（2206-3，2564-3），灌封下降率更大；不同材质比较看，较高Ni、Nb含量的合金磁性能受灌封应力的影响幅度小。
图4为 24（内径）/28（外径）×10mm（高）卷绕铁芯在不同加载方式下的磁性能变化，从图可以看出拉力下衰减幅度最大，竖压次之，正压最小，直观上显然与铁芯变形程度相关密切。
就不同试验而言，数据差异较大，说明磁性就各个试验参数变化敏感，影响因素复杂。
2.2.5 磁头试做
我公司试验合金分别在不同厂家就各自型号磁头进行了小量试做，试验结果均反映我公司试验料同日本料性能相当，可以替代日本料。表6为厦门某磁头厂家的实验结果。
3 结论
1) 研究说明，严格的成分控制是实现材料性能优异稳定的关键，PC-47合金最佳成分为Ni80.8Nb3.8Mo1.1Fe。
2) 我公司PC-47合金生产条件基本具备，生产工艺可行。
3) 该合金尚需要批量生产试验，进一步稳定工艺，提高成材率。另外热处理工艺及机制、高质量高尺寸精度的轧制工艺仍需要深入研究。
4) 通过研制，我们开发的PC-47合金达到甚至超过进口料水平，完全能够满足使用要求，替代进口材料；这一成果打破了国外垄断，填补了国内该合金生产的空白。

参考文献
[1] 陈国钧，吕键，陈殿金，高磁导率合金设计研究，物理，1998.27(4)：231
[2] 范久江，磁头及磁头材料的发展，电信技术研究，1993(11)：31
[3] 冶金工业部科学技术司，磁记录用高精度大卷重特殊钢带研究论文集，1995年10月
[4] 刘铁岩，屠德容，磁头材料的研究开发，化工新型材料，1994(12)：11
[5] 黄剑，朱祥宾等，磁头材料性能一致性及应力敏感性研究，上海钢研，1995(5)：31
[6] 比内正胜，Ni-Fe-Nb系Hardperm高导磁的原因，国外金属材料，1977(2)：78
[7] 增本量等，Ni-Fe-Nb系高导磁合金硬坡莫的特性，国外金属材料，1975(2)：121
[8] 北京钢铁研究院金属物理室电镜组等，高导磁Ni-Fe系磁头合金显微结构的探讨，精密合金文集，上海科学技术出版社，1980.7
[9] 陈国钧，李茂昌，周元龙，金属软磁材料及其热处理，机械工业出版社，1986.7
[10] 牛永吉，陈国钧等，S1J80A合金的研制，金属材料研究，北京北冶 功能材料有限公司，2006.32(3)：6
作者简介
牛永吉（1980-）：男，北京北冶功能材料有限公司第材料研究室科研员，主要从事高温耐蚀合金、软磁合金等金属功能材料的研究与开发。