[发明专利]一种调控铁基非晶合金带材厚度的工艺方法

说明书

本发明涉及一种调控铁基非晶合金带材厚度的工艺方法,本发明能够在不改变快速凝固工艺条件的情况下，利用铁基合金熔体成份和热处理温度的工艺方法来调控铁基非晶合金带材的厚度，降低铁基非晶合金厚带材的制备难度。本发明具有实施成本低、效率高、可操控性和重复性强、技术可靠性高等特点，适合于在金属功能材料制备技术领域的广泛应用。

技术领域

本发明属于金属功能材料制备技术领域，特别是涉及一种调控铁基非晶合金带材厚度的工艺方法。

背景技术

利用合金熔体过冷凝固制备的铁基非晶合金带材具有高磁导率和低损耗的优点，是综合性能优异的先进电磁材料，应用于智能电网、智能制造和信息技术等多个领域。由于铁基非晶合金带材厚度是影响非晶合金带材器件性能和加工成本的重要因素之一，例如铁基非晶合金带材厚度是决定节能变压器和非晶电机铁芯叠片系数的关键因素，增加非晶合金带材的厚度有利于提升非晶铁芯制备效率和性能。因此调控铁基非晶合金带材厚度有利于提高器件性能和降低铁基非晶合金带材加工成本。

将合金熔体制备成非晶合金是一个合金熔体的过冷凝固过程，在这个过程中，当熔体温度下降到凝固温度时，合金熔体粘度出现快速增加，导致熔体失去流动性，转变成具有熔体结构的固体。要实现合金熔体的过冷凝固，要求合金熔体必须具有一定的过冷度才行，即合金熔体在非晶态形成温度Tg以下的温度凝固才能实现过冷凝固，因此合金熔体的自然凝固温度与非晶态形成温度Tg之间的温度差就是合金熔体发生过冷凝固必须具备的过冷度。通常铁基合金熔体的过冷度很小，无法达到过冷凝固对合金熔体过冷度的要求。要实现铁基合金熔体的过冷凝固就必须人为地增加合金熔体的过冷度。高速冷却是一种有效实现合金熔体过冷凝固的方式，它能使合金熔体在高速冷却过程中的熔体粘度变化明显滞后于合金熔体温度变化，将初始的高温熔体粘度保留到相对低的温度，提高合金熔体的过冷度，实现合金熔体的过冷凝固。

在高速冷却过程中合金熔体温度下降的越快，获得的合金熔体过冷度越大，而决定合金熔体温度下降速率的关键因素是单位时间从合金熔体传导出的热量，导出的热量越多，熔体温度下降的越快。合金熔体的降温速率既与冷却系统在单位时间能从合金熔体传导出的热量有关，也与单位时间浇铸到冷却系统的合金熔体数量有关。在冷却系统的冷却能力固定的情况下，单位时间浇铸的合金熔体数量决定了熔体过冷度的大小，单位时间浇铸的合金熔体数量越多，获得的合金熔体过冷度越小，当合金熔体过冷度小到无法满足过冷凝固的要求时，熔体就会发生晶化。另外，在浇铸温度和降温速率不变时，熔体粘度越小，高速冷却产生的熔体过冷度越大。在这种情况下，随着单位时间浇铸的合金熔体数量增加，降温速率减小，高速冷却产生的熔体过冷度亦减小。当单位时间的合金熔体浇铸量增加到所产生的合金熔体过冷度不能满足过冷凝固的要求时，熔体便会发生结晶。由此可知，合金熔体的非晶态结构形成能力与熔体粘度密切相关，非晶合金的制备过程就是对合金熔体粘度的控制过程。由于非晶合金带材厚度与单位时间浇铸的合金熔体数量成正比，因此，非晶合金带材厚度亦与合金熔体粘度密切相关，调控合金熔体粘度是实现调控铁基非晶合金带材厚度的一个重要途径。熔体粘度源于熔体层间流动的阻力，粘度大时，熔体流动的阻力大，熔体不易流动；粘度小时，熔体流动的阻力小，熔体容易流动。当合金熔体中的同类和异类原子间发生合金化时，形成各种原子团簇结构。通常尺寸小的原子团簇易于熔体的流动，对应的熔体粘度小，而大尺寸的原子团簇不易于熔体的流动，对应的熔体粘度大。由于熔体是由原子团簇组成的，因此组成熔体结构的原子团簇是影响熔体流动性的关键因素，而反映合金熔体流动性的粘度在本质上受熔体结构的控制。通常合金熔体的非晶态结构形成能力还与合金中的非金属元素含量成正比，通过增加非金属元素含量来提高合金熔体的非晶态结构形成能力。美国专利US5958153A公开了一种在铁基非晶合金中添加P元素来制备厚度在40-90μm的非晶合金带材的方法，这种含P元素非晶合金带材的成分配比为(FeSiBC)_100-xP_x，其中x的变化范围在2～6at.％，由于在合金中加入P元素，导致Fe含量的降低，因此该方法存在的主要不足之处是：非晶合金的饱和磁感应强度低。