[发明专利]一种铁基非晶合金带材的加工方法及装置

说明书

本发明公开了一种铁基非晶合金带材的加工方法及装置，包括如下步骤：S1、设置一与采样控制电脑连接的铁基非晶合金带材的加工装置；S2、将超薄铁基非晶合金带材送入该装置的加工区，采用激光束对超薄铁基非晶合金带材进行快速加热，获得加热材料；S3、通过上滚剪刀片和下滚剪刀片构成的剪切刃进行加热材料的原位纵剪加工，在刀具剪切应力作用下形成非晶合金材料热力耦合，完成材料在塑性状态剪切分离。本发明提供的方法可实现加工后工件表面完整无残留微裂纹、保持磁性能完好、剪切边缘材料微观组织无晶化氧化。本发明通过上、下激光束，测温探头，采样控制电脑，上、下滚剪刀片的相互配合，可以实现降低剪切刀具磨损、提高刀具寿命。

技术领域

本发明涉及本发明涉及非晶合金带材(超薄金属带材)加工技术领域，具体涉及一种铁基非晶合金带材的加工方法及装置。

背景技术

节能减排绿色发展、提高全社会能源使用效率是经济社会亟需解决的重大课题，电能作为重要的能源形式，提高电力系统的节能水平、降低电气设备铁芯损耗提高电能效率是降低全社会碳排放的重要途径。电能是现代社会无法取代的能源形式，电能的生产、传输和使用过程中离不开发电机、输电变压器、电动机等电力电气设备和元件，同时新能源汽车相关产业、5G通信、无线充电等，都需要借助电磁学原理实现机械能与电能转换、电压电流转换、能量传递等，其中电磁铁芯材料是关键，一直以来制作电磁铁芯都主要使用电工钢，但电工钢冶炼过程需要严格控制化学成分、轧制过程工艺复杂、成本高企。因此，材料学领域一直在努力研究新的软磁材料，以降低电力电子设备铁芯损耗。

非晶合金(又称金属玻璃)，是通过熔融态过冷形成非晶结构的材料，在凝固时原子来不及有序排列结晶，得到的固态合金原子结构呈短程有序、长程无序结构，在微观尺度上为单一均匀结构，不存在晶体合金中空位、位错、孪晶、晶界等缺陷，具有优异的力学、物理和化学性能。作为软磁材料的铁基非晶合金带材最具有代表性，其突出性能是铁损低(仅为取向性电工钢的1/5)，并具有高饱和磁感应强度、磁导率、励磁电流等优异电工性能，可以取代取向性电工钢应用于配电变压器铁芯、开关电源、脉冲变压器铁芯等。

软磁材料铁基非晶合金带材具有显著的节能环保特点，被誉为新一代节能环保的“双绿色”材料。一方面其制造过程能耗仅为传统钢铁行业的20％，即与电工钢采用传统的炼钢、轧制、表面处理等多道生产工序相比，在制造过程中节约能耗约80％左右，而且制造过程无污染排放实现了绿色制造；另一方面，铁基非晶合金带材本身具有应用节能的特点，应用于电力行业输配电领域的配电变压器铁芯空载损耗可以减少75％，应用于高性能电机可使其工作效率提高到95％同时具有质轻、体积小、耐腐蚀、低损耗、绿色无污染等优点。但是，现有技术中铁基非晶合金带材工业化生产，主要通过铜辊急冷法制备，该生产方式使其只能达到有限的厚度(大约20-35微米(为电工钢的大约1/10))和宽度(300mm以内)，不能满足市场需求。

铁基非晶合金带材具有优异软磁性能，厚度薄、硬度高、脆性大、强度大，尤其是材料软磁性能对所受应力异常敏感，其加工特性和应用特点具有较大的限制，属于典型难加工硬脆材料。工程应用上非晶合金带料成形之后需要采用机械加工方法圆刀纵向剪切成条达到宽度尺寸要求、直刀横向剪切成段达到长度尺寸才能绕制成电磁铁芯。在铁基非晶合金带材在宏观尺度的剪切加工过程中，在刀刃作用下剪切面边沿区域发生少许弹性变形、随即脆性断裂形成剪切分断面，室温下非晶合金的剪切是由压应力作用下进行的非均匀形变过程，剪切变形高压应力产生的突出问题包括：材料的磁性能损伤、加工表面残留微裂纹、刀具磨损率高达电工钢的千倍级，由此导致铁基非晶合金带材剪切加工表面完整性差和刀具使用寿命短，同时，刀具磨损快性能保持性差又加剧了加工表面完整性恶化，造成恶性循环。另一方面，现有铁基非晶合金带材的剪切成型加工会在铁基非晶合金带材剪切加工面残留微观脆断裂纹、加工表面完整性和尺寸精度差，最终导致非晶合金电磁铁芯在服役期间磁致伸缩等诱因造成微观裂纹扩展、继而产生碎屑严重影响非晶合金变压器服役期间性能和寿命以致影响到其使用。