一种具有低应力敏感性的铁基非晶合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。本申请还提供了如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金带材的制备方法。本申请通过调整铁基非晶合金的组分与含量，使得到的铁基非晶合金具有较高的饱和磁感应强度、较高的非晶形成能力与较低的抗应力敏感性，使其可用于制作电力变压器、发电机、发动机的铁芯材料；同时由于其低应力敏感性，在制作电力变压器时可提高非晶变压器的抗突发短路能力；FeaBbSic  (Ⅰ)。

Fe based amorphous alloy with low stress sensitivity and preparation method thereof

The invention provides a formula (I) of Fe based amorphous alloy, shown in the A, B and C denote atomic percent of corresponding components; 79.5 = a = 82.5, 11 = b = 13.5, 6.5 = C = 8.5, a+b+c = 100. The preparation method of Fe based amorphous alloy strip as shown in formula (I) is also provided. This application through the content and composition of adjustment of Fe based amorphous alloys, the Fe based amorphous alloy obtained has higher saturation magnetic induction intensity, the higher the amorphous formation ability and lower resistance to stress sensitivity, which can be used for iron core material of electric power transformer, generator, engine; at the same time, because of its low the stress sensitivity in the production of power transformer can improve the ability of anti - short circuit of amorphous transformer; FeaBbSic (1).

【技术实现步骤摘要】
一种具有低应力敏感性的铁基非晶合金及其制备方法
本专利技术涉及铁基非晶合金
，尤其涉及一种具有低应力敏感性的铁基非晶合金及其制备方法。
技术介绍
由于具有低铁损、高饱和磁通量密度、高磁导率及其它优点，Fe基无定形合金薄带如Fe-Si-B无定形合金薄带被广泛用作电源变压器与高频变压器的铁心。基于以上特点，非晶铁基材料在面世很长一段时间内，在变压器领域独领风骚。随着硅钢材料的持续更新，非晶材料的优势相对弱化。比如，非晶材料饱和磁密明显偏低、磁感应强度低、抗应力敏感度差等。针对非晶材料提高饱和磁感应强度和降低损耗等的改进，近年来非晶材料做了大量的工作，但是针对非晶材料抗应力敏感度差的研究未有显著的结果。而应力去除是非晶材料的低损耗特征的根本保障。另外，作为变压器磁路的主要材料非晶合金，其带材厚度为20-30μm，因其硬而脆，难以剪切，因此非晶合金变压器铁心截面均采用矩形，相应高低压绕组也只能采用矩形。矩形绕组相对圆形绕组而言抗短路能力较差，所以提高非晶合金变压器抗短路能力很有必要。非晶变压器铁芯的应力主要由两部分应力组成，一是非晶材料在制备过程中产生的内应力即非晶材料淬态内应力，另一方面是铁芯制作过程由于铁芯结构特点产生的不可避免的装配外应力。大量的研究主要从退火工艺以及变压器铁芯结构优化降低应力。非晶材料的淬态内应力产生主要跟非晶材料形成有关，快速冷却是非晶材料形成的必要条件，高温的熔体浇注到冷却基体上，在106℃/s的冷却速度形成短程有序长程无序结构的非晶带材。液态这种短程无序结构被“冻结”，这些被“冻结”的结构内部会有内应力产生。非晶材料通过退火工艺可以有效的去除非晶材料的内应力，非晶行业退火工艺去除内应力方面做过大量的工作。退火去除淬态内应力的同时也会由于铁芯温度差异较大而产生的热应力，即内应力无法完全去除。装配外应力的产生主要是铁芯装配过程中非晶带材制作铁芯过程以及铁芯本身结构特征带来的外应力。这种应力的产生不可避免，这部分去应力的研究相对较少，主要是通过变压器铁芯结构的优化和操作的规范来去除。非晶合金变压器绕组是矩形结构，所受电动力远不如普通变压器圆形绕组均匀，承受突发短路电动力时更容易变形。由于非晶合金变压器的铁心材料对机械应力非常敏感，无论是张应力还是弯曲应力都会影响其性能，所以在结构设计时加以充分考虑，以减少铁心受力；一般需采取特殊的紧固措施，将非晶合金变压器器身采用轴向承重结构。非晶合金铁心和矩形绕组受力互不干扰，矩形绕组通过上下夹件及压板压紧，压紧结构自成体系。因此矩形绕组的轴向和径向所承受短路电动力的考验要比圆形绕组严酷。为了降低变压器的装配和设计难度，降低非晶合金的应力敏感性是非常重要的。例如，特开昭63-45318号公报提出了退火工艺改善的措施，主要是通过降低铁芯内温差的方法实现。即在铁心内外周面安装绝热材料，极力降低冷却时的铁心内的温度差的方法等，希望改善薄带本身，以改善铁心重量重与体积大的问题，装入到热处理炉后加热，铁心的各部位越容易产生温度不均的情况。该方法退火去应力不会因为炉内有铁芯温度过高产生晶化以及温度过低去应力不完全的现象。但是文中未具体表述这种方法的具体实施方式，并且会增加铁芯退火的工序以及退火成本，实际退火过程中实用性不强。公开号为CN1281777C的中国专利中提到，在Fe、Si、B、C的受限的组成范围中通过添加特定范围的P，由此发现了在退火中的铁心各部位产生温度不均的场合，在更低的温度下退火，也能显现优异软磁性。专利技术人仅考虑P对降低非晶铁芯温度不均的作用，未考虑含磷非晶带材氧化以及表面晶化的问题。P元素的抗氧化能力极差，在有氧的环境中退火极易因受氧化而使性能严重恶化以及表观质量变差。比如在Fe、Si、B、C退火环境中进行含磷非晶材料退火，带面因为氧化而变蓝色，性能会恶化。这对退火气氛的氧含量有极高的要求；另外现阶段尚无制备非晶带材磷铁，致使磷铁引入会产生不可避免的杂质，容易产生带材表面晶化问题。综上，上述方法在规避铁芯温差大的缺陷的同时，又引入了非晶带材退火氧化和制带晶化等问题。公开号为US20160172087的美国专利提到了针对不同成分应力释放度的研究，指出B、C对应力释放度的作用，并通过实验模型说明带材退火后应力释放量。这种表征方法一定程度上可以说明不同成分应力释放情况，但是专利技术人仅从单片带材退火后去除内应力角度以应力释放度来说明，未考虑材料最终软磁性能以及变压器铁芯受装配应力后性能的恶化情况。如上所述，上述专利技术例的实施方案虽然对退火工艺或者非晶变压器铁芯装配工艺做了优化，一定程度上可以更大程度的去除非晶带材应力，但是未具体考虑这些优化对于带材制备以及实施的可行度综合考量，并且缺乏对非晶带材去应力(规避应力)更为全面的认识，其结果相对片面。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种铁基非晶合金带材，本申请提供的铁基非晶合金带材具有较低的应力敏感性。有鉴于此，本申请提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，FeaBbSic(Ⅰ)；其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。优选的，所述铁基非晶合金的饱和磁感应强度≥1.60T。优选的，所述Fe的原子百分含量为80.0≤a≤81.5。优选的，所述B的原子百分含量为11.0≤b≤12.5。优选的，所述Si的原子百分含量为7.0≤c≤8.0。优选的，所述铁基非晶合金中，a＝80.0，12.0≤b≤13.0，7.0≤c≤8.0。优选的，所述铁基非晶合金中，a＝80.5，11.5≤b≤12.5，7.0≤c≤8.0。优选的，所述铁基非晶合金中，81.0≤a≤81.5，11.0≤b≤13.0，7.0≤c≤8.0。本申请还提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金带材的制备方法，包括：按照式(Ⅰ)的原子百分比进行元素的配料，将配料后的原料进行熔炼，将熔炼后的熔液升温保温后进行单辊快淬，得到铁基非晶合金带材；FeaBbSic(Ⅰ)；其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。优选的，所述单辊快淬之后还包括：将单辊快淬后的铁基非晶合金进行热处理。优选的，所述热处理之前还包括：将单辊快淬后的铁基非晶合金绕制成内径为50.5mm，外径为53.5～54mm的样环，热处理后样环的损耗允许的应变系数为10.0％，激磁功率允许的应变系数为6％。优选的，所述热处理后的铁基非晶合金带材的矫顽力≤3.5A/m；在50Hz，1.35T条件下，所述热处理后的铁基非晶合金带材的激磁功率＜0.1450VA/kg，铁芯损耗＜0.1100W/kg；在50Hz，1.40T条件下，所述热处理后的铁基非晶合金带材的激磁功率＜0.1700VA/kg，铁芯损耗＜0.1500W/kg。优选的，所述铁基非晶合金带材为完全非晶状态，临界厚度至少为75μm，可剪极限带厚至少为29μm。本申请提供了一种铁基非晶合金带材，其具有如式FeaBbSic的原子组成，其中a、b与c分别表示对应组分的原子百子含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，FeaBbSic   (Ⅰ)；其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。

【技术特征摘要】
1.一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，FeaBbSic(Ⅰ)；其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。2.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金的饱和磁感应强度≥1.60T。3.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述Fe的原子百分含量为80.0≤a≤81.5。4.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述B的原子百分含量为11.0≤b≤12.5。5.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述Si的原子百分含量为7.0≤c≤8.0。6.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金中，a＝80.0，12.0≤b≤13.0，7.0≤c≤8.0。7.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金中，a＝80.5，11.5≤b≤12.5，7.0≤c≤8.0。8.根据权利要求1所述的铁基非晶合金，其特征在于，所述铁基非晶合金中，81.0≤a≤81.5，11.0≤b≤13.0，7.0≤c≤8.0。9.一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金带材的制备方法，包括：按照式(Ⅰ)的原子百分比进行元素的配料，将配料后...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓雨，庞靖，李庆华，杨东，刘红玉，
申请(专利权)人：青岛云路先进材料技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37