[發明專利]一種調控鐵基非晶合金帶材厚度的工藝方法

有效

• 申請號: 201910501029.0
• 申請日: 2019-06-11
• 公開（公告）號: CN110181007B
• 公開（公告）日: 2021-03-02
• 發明（設計）人: 王巖國
• 申請（專利權）人: 江蘇中科啟航新材料工業研究院有限公司;江蘇瑞騰新材料技術研究院有限公司;南京騰元軟磁有限公司;中兆培基南京新材料技術研究院有限公司
• 主分類號: B22D11/06
• 分類號: B22D11/06;B22D11/18;C22C45/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

本發明涉及一種調控鐵基非晶合金帶材厚度的工藝方法,本發明能夠在不改變快速凝固工藝條件的情況下，利用鐵基合金熔體成份和熱處理溫度的工藝方法來調控鐵基非晶合金帶材的厚度，降低鐵基非晶合金厚帶材的制備難度。本發明具有實施成本低、效率高、可操控性和重復性強、技術可靠性高等特點，適合于在金屬功能材料制備技術領域的廣泛應用。

技術領域

本發明屬于金屬功能材料制備技術領域，特別是涉及一種調控鐵基非晶合金帶材厚度的工藝方法。

背景技術

利用合金熔體過冷凝固制備的鐵基非晶合金帶材具有高磁導率和低損耗的優點，是綜合性能優異的先進電磁材料，應用于智能電網、智能制造和信息技術等多個領域。由于鐵基非晶合金帶材厚度是影響非晶合金帶材器件性能和加工成本的重要因素之一，例如鐵基非晶合金帶材厚度是決定節能變壓器和非晶電機鐵芯疊片系數的關鍵因素，增加非晶合金帶材的厚度有利于提升非晶鐵芯制備效率和性能。因此調控鐵基非晶合金帶材厚度有利于提高器件性能和降低鐵基非晶合金帶材加工成本。

將合金熔體制備成非晶合金是一個合金熔體的過冷凝固過程，在這個過程中，當熔體溫度下降到凝固溫度時，合金熔體粘度出現快速增加，導致熔體失去流動性，轉變成具有熔體結構的固體。要實現合金熔體的過冷凝固，要求合金熔體必須具有一定的過冷度才行，即合金熔體在非晶態形成溫度Tg以下的溫度凝固才能實現過冷凝固，因此合金熔體的自然凝固溫度與非晶態形成溫度Tg之間的溫度差就是合金熔體發生過冷凝固必須具備的過冷度。通常鐵基合金熔體的過冷度很小，無法達到過冷凝固對合金熔體過冷度的要求。要實現鐵基合金熔體的過冷凝固就必須人為地增加合金熔體的過冷度。高速冷卻是一種有效實現合金熔體過冷凝固的方式，它能使合金熔體在高速冷卻過程中的熔體粘度變化明顯滯后于合金熔體溫度變化，將初始的高溫熔體粘度保留到相對低的溫度，提高合金熔體的過冷度，實現合金熔體的過冷凝固。

在高速冷卻過程中合金熔體溫度下降的越快，獲得的合金熔體過冷度越大，而決定合金熔體溫度下降速率的關鍵因素是單位時間從合金熔體傳導出的熱量，導出的熱量越多，熔體溫度下降的越快。合金熔體的降溫速率既與冷卻系統在單位時間能從合金熔體傳導出的熱量有關，也與單位時間澆鑄到冷卻系統的合金熔體數量有關。在冷卻系統的冷卻能力固定的情況下，單位時間澆鑄的合金熔體數量決定了熔體過冷度的大小，單位時間澆鑄的合金熔體數量越多，獲得的合金熔體過冷度越小，當合金熔體過冷度小到無法滿足過冷凝固的要求時，熔體就會發生晶化。另外，在澆鑄溫度和降溫速率不變時，熔體粘度越小，高速冷卻產生的熔體過冷度越大。在這種情況下，隨著單位時間澆鑄的合金熔體數量增加，降溫速率減小，高速冷卻產生的熔體過冷度亦減小。當單位時間的合金熔體澆鑄量增加到所產生的合金熔體過冷度不能滿足過冷凝固的要求時，熔體便會發生結晶。由此可知，合金熔體的非晶態結構形成能力與熔體粘度密切相關，非晶合金的制備過程就是對合金熔體粘度的控制過程。由于非晶合金帶材厚度與單位時間澆鑄的合金熔體數量成正比，因此，非晶合金帶材厚度亦與合金熔體粘度密切相關，調控合金熔體粘度是實現調控鐵基非晶合金帶材厚度的一個重要途徑。熔體粘度源于熔體層間流動的阻力，粘度大時，熔體流動的阻力大，熔體不易流動；粘度小時，熔體流動的阻力小，熔體容易流動。當合金熔體中的同類和異類原子間發生合金化時，形成各種原子團簇結構。通常尺寸小的原子團簇易于熔體的流動，對應的熔體粘度小，而大尺寸的原子團簇不易于熔體的流動，對應的熔體粘度大。由于熔體是由原子團簇組成的，因此組成熔體結構的原子團簇是影響熔體流動性的關鍵因素，而反映合金熔體流動性的粘度在本質上受熔體結構的控制。通常合金熔體的非晶態結構形成能力還與合金中的非金屬元素含量成正比，通過增加非金屬元素含量來提高合金熔體的非晶態結構形成能力。美國專利US5958153A公開了一種在鐵基非晶合金中添加P元素來制備厚度在40-90μm的非晶合金帶材的方法，這種含P元素非晶合金帶材的成分配比為(FeSiBC)_100-xP_x，其中x的變化范圍在2～6at.％，由于在合金中加入P元素，導致Fe含量的降低，因此該方法存在的主要不足之處是：非晶合金的飽和磁感應強度低。