[发明专利]一种高性能铁基非晶纳米晶带材的热处理方法

说明书

本发明公开了一种高性能铁基非晶纳米晶带材的热处理方法，包括步骤：将铁基非晶纳米晶合金带材快速加热至预置热处理温度进行热处理，其中，预置热处理温度为铁基非晶纳米晶合金带材的DSC曲线中，在不出现第二晶化相的前提下尽量接近第二个晶化峰的起始晶化温度。一方面，本发明较高的热处理温度可以在更短时间内激发出高密度晶核，而高密度晶核在后续长大过程中可以形成竞争长大机制，细化晶粒的同时使晶粒分布更加均匀；另一方面，较短的热处理时间可以使非晶基体的保持良好的韧性，使热处理后的纳米晶带材仍具有良好的弯折韧性。

技术领域

本发明属于功能材料中的非晶软磁合金领域，涉及一种高饱和磁感应强度铁基非晶软磁合金带材的热处理方法。

背景技术

自1967年问世以来，非晶软磁性合金立即引起了人们的极大重视，是近几十年来材料研究的热点之一。非晶软磁性合金的形成过程是用快淬的方法将熔融金属液体快速冷却，使原子来不及移动重排即被冷冻下来，保持熔融态的无序排列结构。因其原子不规则排列、非周期性、没有晶粒晶界的存在、磁畴的钉扎点或钉扎线少以及磁晶各向异性很小，而显示良好的软磁特性：矫顽力小、磁导率高、磁感应强度高、电阻率高、损耗小、频率特性好。在电力电子领域应用，非晶软磁性合金可极大地促进各种电器设备向节能化、高效化、小型化方向发展。

然而，与硅钢相比，铁基非晶软磁合金还存在饱和磁感应强度低和热处理后韧性差等不足，在电力传输或电力转换领域应用用其替代硅钢，将导致器件磁芯的体积明显增大。现有典型铁基非晶合金Fe₇₈Si₉B₁₃的饱和磁感应强度B_s为1.56T，而硅钢的B_s接近2T。

众多研究人员致力于开发高饱和磁感应强度非晶合金。在非晶软磁合金材料中，为获得强非晶形成能力常用的非磁性金属元素的添加会明显降低合金的B_s，并大幅提高合金的原材料成本，因此高饱和磁感应强度非晶软磁合金中应该避免添加非磁性金属元素。这就造成了不含非磁性金属元素、高饱和磁感应强度和强非晶形成能力三者之间近乎呈现矛盾关系，极大增加了高饱和磁感应强度非晶软磁合金开发的难度。

另外，对饱和磁感应强度起贡献的主要是铁磁性元素，提高合金的饱和磁感应强度的方法有两种：一是适量添加钴元素，利用其与铁原子间之间的强交换耦合作用提高饱和磁感应强度；二是提高铁元素含量，降低非铁磁性非晶形成元素含量。美国Allied-Signal公司用第一种方法于上世纪80年代开发了牌号为Metglas2605Co的合金，饱和磁感应强度达到1.8T。但是由于该合金中含有18％的钴元素，原材料成本过高，不适合大规模推广应用。

由于非晶形成能力要求，通过提高铁含量开发高饱和磁感应强度非晶合金的难度越来越大。另外，由于微观结构单一，非晶软磁合金的磁致伸缩系数λ_s始终难以大幅降低。因此，工作点磁感应强度接近硅钢(1.75T)和低λ_s的非晶软磁合金的开发工作始终难以取得突破性的进展。纳米晶软磁合金的出现证明：经过适当的热处理，在非晶基体上析出高密度、均匀分布且尺寸小于磁交换作用长度的α-Fe晶粒，实现晶粒-非晶-晶粒之间的良好耦合，交换耦合作用使合金的平均磁晶各向异性显著减小，同时α-Fe晶粒负的λs与晶间残余非晶相正的λ_s相抵消使合金的整体λ_s降低，同时，纳米晶化后合金的B_s会得到大幅提升，是获得优异的磁性能的软磁合金的有效手段。