一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺制造技术

本发明专利技术涉及金属材料技术领域，尤其是一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，包括以下步骤：母合金熔炼；带材制备：将母合金锭置于熔炼炉中熔化，全熔后，由喷嘴朝铜辊喷射并在其表面冷却得到带材；铁芯制备：带材绕卷后得到成卷带材，在铁芯绕卷机内制备成非晶铁芯；热处理；本发明专利技术中的非晶纳米合金的加氢热处理工艺，在退火热处理时通高纯氢气保护气氛，诱导非晶基体纳米晶化并降低合金内应力。采用此新型热处理工艺制备得到的纳米晶合金在保证饱和磁化强度的同时，电感、磁导率得到了提升，交流矫顽力、铁损大幅降低，软磁性能有了明显改善。善。善。

【技术实现步骤摘要】
一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺


[0001]本专利技术涉及金属材料
，尤其是一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺。

技术介绍

[0002]非晶态合金中的原子排列呈现短程有序、长程无序的特点，内部没有晶粒、晶界、位错以及层错等二维、三维缺陷。这种特殊的原子结构使得非晶合金表现出优异的力学、磁学、耐蚀性能，在软磁功能材料、电子器件、耐蚀涂层和结构材料等领域有着巨大的应用前景。在最近兴起的无线充电领域，FINMENT纳米晶合金因为其较高的饱和磁化强度、较低的损耗和可调控的磁导率成为了提高无线充电功率的关键材料。
[0003]Finemet非晶合金是采用单辊快淬法制成非晶合金薄带，然后在略高于其晶化温度下进行晶化退火热处理，使非晶合金发生晶化、形成晶粒尺寸约为10～20nm的α-Fe(Si)单一固溶体相。正是这种小尺寸的纳米晶组织结构，使得Finemet合金具有很低的有效磁晶各向异性常数(K)、而且饱和磁致伸缩系数(地)趋近于零，保证其得到了优异的软磁性能。为了进一步提高Finment合金的软磁性能，一种是从改变合金成分出发，比如用Co合金中部分Fe，形成具有较高居里点的FeCo晶化相，改善高温磁性能和高频磁性能，但是这种办法大大提高了生产成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是：克服现有技术中的不足，提供一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，该热处理工艺在退火热处理时通高纯氢气保护气氛，诱导非晶基体纳米晶化并降低合金内应力。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：母合金熔炼：按照表达式Fe
a
Si
b
B
c
Cu
d
Nb
e
配料，其中a、b、c、d、e分别表示各对应组分的原子百分比含量，且a+b+c+d+e＝100，在惰性保护气体氛围下，在熔炼炉将配料，反复熔炼成成分均匀的母合金锭；带材制备：将母合金锭置于熔炼炉中熔化，全熔后，由喷嘴朝铜辊喷射并在其表面冷却得到带材；铁芯制备：带材绕卷后得到成卷带材，在铁芯绕卷机内制备成非晶铁芯；热处理：非晶铁芯放置于热处理托盘上并将其放入正压退火炉内部，抽真空后，通保护气体和高纯氢气，进行热处理，本专利技术中的保护气体选用氮气、氩气、氦气等。
[0006]进一步的，所述表达式Fe
a
Si
b
B
c
Cu
d
Nb
e
中，a为73.5，b为13.5，c为9,d为3，e为1。
[0007]进一步的，所述带材制备在中频感应熔炼炉进行，通过电感线圈产生的涡流加热使得合金熔化。
[0008]进一步的，所述带材制备过程中喷嘴喷射合金溶液时在氩气保护氛围下进行。
[0009]进一步的，所述成卷材带的厚度为45-60mm，宽度为10mm。
[0010]进一步的，所述非晶铁芯的内径20mm、外径30mm、高度10mm、重量为20
±
0.5g。
[0011]进一步的，将非晶铁芯置于正压退火炉之前先检车真空炉各部件的气密性，部件包括各阀门、炉门密封胶圈和气缸密封杆，以及外接气源压力及减压阀气密性，并打开循环水，水温保持在室温即25
°
C。
[0012]进一步的，所述抽真空操作包括打开机械泵，打开主路阀及旁路阀，关闭风门，抽真空至500Pa；开启扩散泵，预热至180℃，打开罗茨泵，抽真空至1*10-1
Pa；关闭旁路阀，抽高真空至7-8*10-3
Pa。
[0013]进一步的，所述热处理温度为550℃，保温时间60min，升温速率10K/min。
[0014]进一步的，所述保护气体和高纯氢气的压力大于0.5atm，小于10atm，其中保护气体与高纯气体的体积比为任意，优选为96:4。将氢气的体积分数控制为4%或者4%以下，操作更安全。
[0015]采用本专利技术的技术方案的有益效果是：本专利技术中的非晶纳米合金的加氢热处理工艺，在退火热处理时通高纯氢气保护气氛，诱导非晶基体纳米晶化并降低合金内应力。采用此新型热处理工艺制备得到的纳米晶合金在保证饱和磁化强度的同时，电感、磁导率得到了提升，交流矫顽力、铁损大幅降低，软磁性能有了明显改善。本专利技术提供的方法可以大批量快速制备高性能纳米晶合金，额外成本小、性能提升大，能更好地满足能源、通讯领域对非晶纳米晶合金材料的要求。
附图说明
[0016]图1和图2展示了利用阻抗分析仪测得的铁芯电感及品质因数。
[0017]图3和图4展示了利用交流磁芯磁性测量仪测得的铁芯矫顽力及剩磁比。
[0018]图5展示了利用交流磁芯磁性测量仪测得不同频率下的铁芯铁损。
[0019]图6展示了利用交流磁芯磁性测量仪测得不同频率下的铁芯有效磁导率。
具体实施方式
[0020]现在结合具体实施例和附图对本专利技术作进一步详细的说明。下面的实施例可以使本专业技术人员更全面地理解本专利技术，但是这些实施例不是对本专利技术保护范围的限制。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本专利技术至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
[0021]实施例1S1母合金熔炼：按照如下表达式Fe
a
Si
b
B
c
Cu
d
Nb
e
配料,其中a、b、c、d、e分别表示各对应组分的原子百分比含量(即摩尔比)，a为73.5，b为13.5，c为9,d为3，e为1，且a+b+c+d+e＝100，在惰性保护气体氮气氛围下，采用高真空大型电弧熔炼炉将配料熔炼，反复熔炼成成分均匀的母合金锭。
[0022]S2带材制备：采用单辊旋淬甩带机进行制备，在步骤1熔炼完成的母合金锭置于中频感应熔炼炉中，通过电感线圈产生的涡流加热使得合金熔化，待合金完全熔化后，按下喷注键，在喷嘴上方和底部的压力差作用下，合金熔液在氩气保护氛围中自氮化硼喷嘴喷向正下方的铜辊，熔液在铜辊表面快速冷却，得到连续的带材，一次可生产200公斤-2吨。
[0023]S3铁芯制备：利用步骤二中生产制备的带材，使用分卷机得到45mm的成卷带材，随后使用辊剪机制得宽度10mm的成卷带材，随后操作铁芯绕卷机制备内径20mm、外径30mm、高度10mm、重量为20
±
0.5g的非晶铁芯。
[0024]S4热处理：将步骤三中制备好的铁芯放置于热处理托盘上并将其放入正压退火炉内部。检查真空炉各部件气密性，包括各阀门（充气阀、放气阀、主路阀、旁路阀）、炉门密封胶圈、气缸密封杆等。检查外接气源压力及减压阀气密性，保证气源压力足够。打开循环水，水温保持在室温即25
°
C，保证其在热处理过程中不间断工作以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，其特征在于：包括以下步骤：母合金熔炼：按照表达式Fe
a
Si
b
B
c
Cu
d
Nb
e
配料，其中a、b、c、d、e分别表示各对应组分的原子百分比含量，且a+b+c+d+e＝100，在惰性保护气体氛围下，在熔炼炉将配料，反复熔炼成成分均匀的母合金锭；带材制备：将母合金锭置于熔炼炉中熔化，全熔后，由喷嘴朝铜辊喷射并在其表面冷却得到带材；铁芯制备：带材绕卷后得到成卷带材，在铁芯绕卷机内制备成非晶铁芯；热处理：非晶铁芯放置于热处理托盘上并将其放入正压退火炉内部，抽真空后，通保护气体和高纯氢气，进行热处理。2.根据权利要求1所述的一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，其特征在于：所述表达式Fe
a
Si
b
B
c
Cu
d
Nb
e
中，a为73.5，b为13.5，c为9,d为3，e为1。3.根据权利要求1所述的一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，其特征在于：所述带材制备在中频感应熔炼炉进行，通过电感线圈产生的涡流加热使得合金熔化。4.根据权利要求1所述的一种非晶纳米合金的加氢热处理工艺，其特征在于：所述带材制备过程中喷嘴喷...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，孙诚，张听，罗俊，逄淑杰，李然，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：