一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法技术

本发明专利技术涉及一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法,其特征在于，具体包括：步骤1建立过热循环处理与降低合金熔体粘度的关联关系；步骤2选择能最大幅度降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理；步骤3将过热处理后的合金熔体温度降至设定的浇注温度，并快速凝固得到非晶态固体合金薄带。本发明专利技术能够在不改变合金成份和快速凝固工艺条件的情况下，利用过热处理降低合金熔体粘度的工艺方法来增加非晶合金带材的厚度，降低非晶合金厚带材的制备难度。本发明专利技术具有实施成本低、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。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于金属功能材料制备
，特别是涉及一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法。
技术介绍
合金熔体粘度是表征合金熔体物理性质的一个重要物理量，直接反映原子和原子团簇在熔体中的输运情况，是流体控制方程的基本参数。温度是影响合金熔体粘度的主要因素，合金熔体粘度随着温度变化的一般规律是温度上升，粘度降低；温度下降，粘度增加。由于合金熔体粘度与温度成反比，在合金熔体凝固过程中熔体温度下降导致合金熔体粘度增加，使熔体失去流动性，转变成固体。固体合金的结构是由凝固过程决定的，在凝固过程中能将合金熔体的结构保留到固态合金，就得到固体非晶合金。要实现合金熔体到固体非晶合金的转变,凝固过程必须是完全的过冷凝固，在过冷凝固中没有出现晶体的形核生长。过冷凝固要求合金熔体必须具有一定的过冷度，合金熔体的过冷度越大，合金熔体的非晶形成能力越强，越容易获得固体非晶合金。由于合金熔体的过冷度很小，只能采用人为增加金熔体过冷度的方式使合金熔体到固体合金的转变满足过冷凝固，将熔体结构保留到固体合金中。高速冷却凝固是一种有效增加合金熔体过冷度的方式，是制备固体非晶合金的主要方法之一，因为在高速冷却凝固过程中，合金熔体粘度增加的幅度小于降温幅度，形成粘度滞后现象，降温速率越快，粘度滞后越严重，当粘度滞后达到一定程度时，可实现合金熔体的过冷凝固，得到固体非晶合金。借助高速冷却凝固方法虽然可以将合金熔体制备成固体非晶合金，但是固体非晶合金的尺寸却受到合金熔体本身的非晶形成能力和设备冷却能力的限制。固体非晶合金的尺寸对于固体非晶合金的应用，特别是对利用非晶合金制造的产品十分重要，例如，软磁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铁芯制备效率和性能。要增加非晶合金带材的厚度和获得更大尺寸的固体非晶合金，就必须进一步增加高速冷却凝固过程中合金熔体的过冷度，要实现这一目的，就必须增强设备的冷却能力或者合金熔体的非晶形成能力。合金熔体本身的非晶形成能力主要取决于合金的成份配比，因此可以通过调整合金成份配比来提高合金熔体的非晶形成能力。美国专利US5958153A公开了一种在铁基非晶合金中添加P来制备厚度在40-90μm的非晶合金带材的方法，这种含P非晶合金带材的成份配比为(FeSiBC)100-xPx，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。从已公开的专利和文献报道可知，虽然合金成份的改变可以提高合金熔体的非晶形成能力，但是合金成份配比的改变同样会改变固体非晶合金的宏观性能。对于非晶合金材料来讲，宏观性能的下降必然会明显影响非晶合金材料和制品的性能。为了确保固体非晶合金的宏观性能，通常制备的固体非晶合金都有固定的成份配比，不能随意改变。当合金成份配比使得合金熔体本身的非晶形成能力不足时，可以通过提高设备的冷却能力，增加快速凝固过程中的降温速率来进行弥补。但是提高设备的冷却能力涉及到装备设计和制备等诸多方面的问题，是一个复杂的系统性技术工程。合金熔体粘度的变化反映了熔体结构变化的本质，温度上升时，熔体中稳定性差的大尺寸原子团簇分解成尺寸更小的、但稳定性更好的小团簇，尺寸小的团簇有利于增加熔体的流动性，所以粘度降低；温度下降时，熔体中原子团簇的尺寸增大，尺寸大的原子团簇不有利于熔体的流动性，所以粘度增加。在升、降温过程中熔体原子团簇结构的变化速度总是落后于温度的变化，在合金熔体宏观性质上体现为粘度滞后现象。降温过程中，在高稳定性的小尺寸原子团簇上面增加原子需克服的势垒比稳定性差的大尺寸原子团簇分解需克服的势垒大，所以降温过程中熔体粘滞现象比升温过程中熔体粘滞现象更明显。合金熔体粘度滞后增加了熔体的过冷度，有助于提高合金熔体的非晶形成能力。综上所述，尽管增加非晶合金带材厚度对于非晶带材的应用有重要作用，但目前仍然缺乏提高非晶合金带材厚度的有效技术方法，主要原因是：缺乏提高合金熔体非晶形成能力的技术方法。通过提高合金熔体的非晶形成能力来增加非晶合金带材厚度是目前非晶合金材料领域未能解决的关键且重要科学技术问题之一。因此，在提高合金熔体非晶形成能力的基础上，建立增加非晶合金带材厚度的工艺方法是满足重要的非晶态固体合金材料研究和工程化生产的关键性技术，而且还是研发新型高性能固体非晶合金材料急需的重要技术。
技术实现思路
本专利技术目的是为克服现有技术所存在的的不足而提供的一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法，本专利技术能够有效增加非晶合金带材厚度，以显著改善利用非晶态固体合金带材制造铁芯的叠片系数，提高非晶态固体合金带材铁芯的效率。根据本专利技术提出的一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法，其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，建立过热循环处理与降低合金熔体粘度的关系：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热温度为1700℃,热循环处理的温度区间为1240-1700℃；(2)采用高温粘度测量仪测量合金熔体的粘度,Fe79Si13B8合金熔体的升温和降温速度均设定为10℃/分钟,在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；步骤2，选择在浇注温度能大幅度降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理：(1)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体的粘度值，得到在1700℃过热处理后，再降温至1240℃时，Fe79Si13B8合金熔体的粘度值下降了13.5％，由此选择Fe79Si13B8合金熔体的过热处理温度为1700℃；(2)将Fe78Si9B13合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1700℃并在该温度条件下保温1小时；步骤3，将过热处理后的合金熔体温度降至设定的浇注温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带：将在1700℃过热处理后的Fe79Si13B8合金熔体以60℃/分钟的速率降温到1240℃，然后将Fe79Si13B8合金熔体通过喷嘴连续浇注高速旋转的快速冷却铜辊上，该铜辊表面的线速度为25米/秒，被迅速凝固成厚度为32微米的非晶态固体合金薄带。本专利技术的实现原理是：本专利技术的步骤1为测量过热循环处理合金熔体的粘滞特征：由于合金熔体粘度随温度变化具有滞后性，对合金熔体在设定的温度区间进行过热循环处理时，在升温过程和降温过程中合金熔体有不同的粘滞性，使得熔体粘度不再是温度的单值函数，而是温度的多值函数；利用高温粘度测量仪器对合金熔体在过热循环处理过程中的粘度进行测量，得到过热循环处理合金熔体的粘滞特征；步骤2为选择在浇注温度能大幅降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理：随着合金熔体过热循环处理温度的不同，不同的过热处理温度导致合金熔体在浇注温度有不同的粘度值，通过建立熔体粘度与过热处理温度的关联关系可解决最佳过热循环处理温度的选择问题；按照已知的熔体粘滞特征与合金熔体过热循环处理温度的相互关联关系，选择在浇注温度能大幅降低合金熔体粘度的过热处理温度并在相应的温度区间进行循环热处理；步骤3为将过热处理的合金熔体降温到设定的熔体浇注温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带：将过热循环处理后的合金熔体迅速降温到快速凝固工艺设定的正常合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法,其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，建立过热循环处理与降低合金熔体粘度的关联关系：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热温度为1700℃,热循环处理的温度区间为1240‑1700℃；(2)采用高温粘度测量仪测量合金熔体的粘度,Fe79Si13B8合金熔体的升温和降温速度均设定为10℃/分钟,在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；步骤2，选择在浇注温度能大幅度降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理：(1)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体的粘度值，得到在1700℃过热处理后，再降温至1240℃时，Fe79Si13B8合金熔体的粘度值下降13.5％，由此选择Fe79Si13B8合金熔体的过热处理温度为1700℃；(2)将Fe79Si13B8合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1700℃并在该温度条件下保温1小时；步骤3，将过热处理后的合金熔体温度降至设定的浇注温度并快速凝固得到非晶态固体合金薄带：将在1700℃过热处理后的Fe79Si13B8合金熔体以60℃/分钟的速率降温到1240℃，然后将Fe79Si13B8合金熔体通过喷嘴连续浇注高速旋转的快速冷却铜辊上，该铜辊表面的线速度为25米/秒，被迅速凝固成厚度为32微米的非晶态固体合金薄带。...

【技术特征摘要】
1.一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法,其特征在于，包括如下具体步骤：步骤1，建立过热循环处理与降低合金熔体粘度的关联关系：(1)设定Fe79Si13B8合金熔体的过热温度为1700℃,热循环处理的温度区间为1240-1700℃；(2)采用高温粘度测量仪测量合金熔体的粘度,Fe79Si13B8合金熔体的升温和降温速度均设定为10℃/分钟,在测量每个温度的合金熔体的粘度前，首先保温1小时，然后再进行测量，得到Fe79Si13B8合金熔体的粘度随温度变化的特征；步骤2，选择在浇注温度能大幅度降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理：(1)基于实际测量的Fe79Si13B8合金熔体的粘度值，得到在1700℃过热处理后，再降温至1240℃时，Fe79Si13B8合金熔体的粘度值下降13.5％，由此选择Fe79Si13B8合金熔体的过热处理温度为1700℃；(2)将Fe79Si13B8合金熔体以10℃/分钟的速率升温至1700℃并在该温度条件下保温1小时；步骤3，将过热处理后...

【专利技术属性】
技术研发人员：王岩国，
申请(专利权)人：江苏非晶电气有限公司，南京腾元软磁有限公司，中兆培基南京新材料技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32