CN109722517A - 一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法 - Google Patents

一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法 Download PDF

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本发明涉及电力器件技术领域，尤其涉及一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法。本发明提供了一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，包括以下步骤：步骤1：将铁基非晶纳米晶合金放入真空的热处理炉内，同时在所述铁基非晶纳米晶合金上面施加压应力；步骤2：将所述铁基非晶纳米晶合金加热；步骤3：将热处理后的铁基非晶纳米晶合金进行二次磁场热处理制得高性能铁基非晶纳米晶合金。本发明提供的一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，用于解决现有铁基非晶纳米晶合金热处理工艺不利于获得高性能合金的技术问题。

Description

一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法
技术领域
本发明涉及电力器件技术领域，尤其涉及一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法。
背景技术
铁基非晶/纳米晶软磁合金作为新一代的“双绿色”节能材料，因其具有优良的软磁性能，如高饱和磁感应强度，低矫顽力，高磁导率，低损耗等特点，被广泛的应用于变压器、电感器、传感器等电力电子领域。随着社会的不断进步，由于计算机网络、高密度记录技术、电力系统和高频微磁器件等领域的发展和需要，越来越要求所用的各种元器件具备高性能、高品质、小型、轻量，这就要求制备这些器件的软磁合金等金属功能材料不断提高性能。首先，该类合金通常由母合金经快淬过程制成非晶带材，再经热处理工艺精细调控合金的组织结构，析出单一的磁性α-铁相转变为纳米晶结构。因此，热处理工艺对于获得高性能的铁基纳米晶合金具有重要作用。
传统的热处理工艺一般都是从室温开始，按照预定好的升温速率、保温时间以及气氛下进行升温，最后随炉冷却至室温。但在热处理过程中，容易造成晶粒不均匀析出、晶粒过度长大、磁晶各向异性高、带材表面硬度不均匀和脆性严重等，从而导致合金的饱和磁感应强度低、矫顽力大以及韧塑性差，不利于获得高性能铁基非晶纳米晶合金。
因此，现有的铁基非晶纳米晶合金热处理工艺不利于获得高性能铁基非晶纳米晶合金的缺陷成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明提供了一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，用于解决现有铁基非晶纳米晶合金热处理工艺不利于获得高性能合金的技术问题。
本发明提供了一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，包括以下步骤：
步骤1：将铁基非晶纳米晶合金放入真空的热处理炉内，同时在所述铁基非晶纳米晶合金上面施加压应力；
步骤2：将所述铁基非晶纳米晶合金加热；
步骤3：将热处理后的铁基非晶纳米晶合金进行二次磁场热处理、保温制得高性能铁基非晶纳米晶合金。
优选的，所述压应力为0.01～5Mpa。
优选的，步骤2中所述加热的升温速率为10～20℃/min。
优选的，步骤2中所述加热的温度为400～440℃。
优选的，在步骤2所述加热之后，步骤3之前还包括将所述铁基非晶纳米晶合金保温。
优选的，所述保温的时间为1～30min。
优选的，步骤3中所述二次磁场热处理的磁场强度为0.01～0.1T。
优选的，步骤3中所述二次磁场热处理的温度为300～360℃。
优选的，步骤3中所述二次磁场热处理的升温速率为2～7℃/min。
优选的，步骤3中所述保温的时间为1～60min。
本发明提供的热处理方法与常规热处理相比较，热处理结合压应力作用下，铁基非晶纳米晶合金的应力状态更加均匀化，合金的韧塑性得到改善。通过压应力作用提高了合金的饱和磁感应强度以及改善了韧塑性，通过磁场作用进一步降低了合金的矫顽力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明提供的一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法的压力热处理流程图；
图2为本发明提供的一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法的磁场热处理流程图；
图3为本发明实施例1～2和对比例1在第一阶段420℃热处理下对应的饱和磁化强度变化曲线；
图4为本发明实施例1～2和对比例1在第一阶段360℃热处理下对应的饱和磁化强度变化曲线；
图5为本发明实施例1～2和对比例1在不同温度热处理下对应的矫顽力变化曲线；
图6为本发明实施例1～2和对比例1在360℃热处理下第一铁基非晶纳米晶带材实物图；
图7为本发明实施例1～2和对比例1在420℃热处理下第二铁基非晶纳米晶带材实物图。
具体实施方式
本发明提供了一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，用于解决现有铁基非晶纳米晶合金热处理工艺不利于获得高性能合金的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以下实施例和对比例所用到的新型铁基非晶纳米晶合金的成分组成化学式为Fe85.7Si0.5B9.3Cu0.7P3.5C0.3。其中，图1和图2均为本发明一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法的流程图，图1是压力和热作用下得到的铁基非晶纳米晶合金，图2为将图1得到的合金通过磁场热处理后得到一种新型铁基非晶纳米晶合金。
实施例1
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，并在带材上施加1MPa的压应力，关闭炉腔门；3、将炉体抽真空至-0.1MPa；4、关闭真空泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；5、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；随炉冷却至室温后将薄带取出，得到热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
实施例2
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，并在带材上施加5MPa的压应力，关闭炉腔门；3、将炉体抽真空至-0.1MPa；4、关闭真空泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；5、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；6、随炉冷却至室温后将薄带取出，得到热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
实施例3
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，并在带材上施加1MPa的压应力，关闭炉腔门；3、打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；关闭机械泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；4、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；5、将得到的铁基非晶纳米晶薄带再次放入磁场热处理炉内；6、打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；7、关闭机械泵，向炉体内通入高纯氮气(99.99％)至炉体气压-0.05MPa；8、以升温速率为5℃/min由室温加热至340℃；9、开启磁场，磁场强度为0.08T，保温60min；10、随炉冷却至室温后将薄带取出，得到热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
实施例4
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，并在带材上施加5MPa的压应力，关闭炉腔门；3、打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；关闭机械泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；4、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；5、将得到的铁基非晶纳米晶薄带再次放入磁场热处理炉内；6、打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；7、关闭机械泵，向炉体内通入高纯氮气(99.99％)至炉体气压-0.05MPa；8、以升温速率为5℃/min由室温加热至340℃；9、开启磁场，磁场强度为0.08T，保温60min；10、随炉冷却至室温后将薄带取出，得到热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
实施例5
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，关闭炉腔门；打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；3、关闭机械泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；4、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；5、将得到的铁基非晶纳米晶薄带再次放入磁场热处理炉内；6、打开机械泵，将炉体抽真空至-0.1MPa；7、关闭机械泵，向炉体内通入高纯氮气(99.99％)至炉体气压-0.05MPa；8、以升温速率为5℃/min由室温加热至340℃；9、开启磁场，磁场强度为0.08T，保温60min；10、随炉冷却至室温后将薄带取出，得到热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
对比例1
按照下述方法对铁基非晶纳米晶合金进行常规热处理；
1、启动加热系统；2、炉膛内放入铁基非晶纳米晶合金，关闭炉腔门；将炉体抽真空至-0.1MPa；3、关闭真空泵，向炉体通入高纯氮气(99.99％)，气体流量为2～5mL/s；4、以升温速率为20℃/min由室温加热至420℃，保温10min；5、随炉冷却至室温后将薄带取出，得到常规热处理后的铁基非晶纳米晶合金。
综上所述，对本发明实施例1～5和对比例1制备的新型铁基非晶纳米晶合金进行检测，用磁性检测设备(振动样品磁强计VSM和软磁直流测试仪)对退火后的薄带分别进行饱和磁感应强度(Ms)及矫顽力(Hc)性能测试。
图3和图4为本发明实施例1～2和对比例1在不同温度热处理下对应的饱和磁化强度变化曲线，可知，与常规热处理相比较，热处理结合压应力和/或磁场作用下，铁基非晶纳米晶合金的饱和磁感应强度得到明显的提高；图5为本发明实施例1～2和对比例1在不同温度热处理下对应的矫顽力变化曲线，可知，与常规热处理相比较，热处理结合压应力和/或磁场作用下，铁基非晶纳米晶合金的矫顽力得到有效的下降。图6和图7为本发明实施例1～2和对比例1在不同温度下的铁基非晶纳米晶带材实物图，可知，与常规热处理相比较，热处理结合压应力作用下，铁基非晶纳米晶合金的应力状态更加均匀化，合金的韧塑性得到改善。表1为热处理条件下实施例1～5及对比例1的磁性能，如下表所示：
表1热处理条件下实施例1～5及对比例1的磁性能
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将铁基非晶纳米晶合金放入真空的热处理炉内，同时在所述铁基非晶纳米晶合金上面施加压应力；
步骤2：将所述铁基非晶纳米晶合金加热；
步骤3：将热处理后的铁基非晶纳米晶合金进行二次磁场热处理、保温制得高性能铁基非晶纳米晶合金。
2.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，所述压应力为0.01～5Mpa。
3.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤2中所述加热的升温速率为10～20℃/min。
4.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤2中所述加热的温度为400～440℃。
5.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，在步骤2所述加热之后，步骤3之前还包括将所述铁基非晶纳米晶合金保温。
6.根据权利要求5所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，所述保温的时间为1～30min。
7.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤3中所述二次磁场热处理的磁场强度为0.01～0.1T。
8.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤3中所述二次磁场热处理的温度为300～360℃。
9.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤3中所述二次磁场热处理的升温速率为2～7℃/min。
10.根据权利要求1所述的高性能铁基非晶纳米晶合金热处理方法，其特征在于，步骤3中所述保温的时间为1～60min。
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