一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法。采用平面流技术制造非晶纳米晶合金带材，制备过程中冷却辊外圆周表面温度控制在70～150℃，带材在剥离冷却辊表面时的剥离温度范围控制在120～200℃。通过该方法制备得到的非晶纳米晶合金带材在宽带两侧各占带宽30％的区域内，韧性值不大于3.0；其它区域内的韧性值不大于1.5。将宽带纵向分剪成宽度为10mm的窄条，各个窄条之间的比总损耗相对偏差不大于

【技术实现步骤摘要】
一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及磁性功能材料领域中的软磁材料研究领域，具体涉及一种具有良好的韧性和磁性能横向一致性的非晶纳米晶合金带材及其制备方法。

技术介绍

[0002]非晶纳米晶合金是近年来迅速发展起来的一类软磁材料，与传统的电工钢、铁氧体等软磁材料相比具有更高的磁导率、更低的交流损耗，已经广泛应用于变压器、电感器、互感器、电机定子等磁性元器件中的铁心。在用于变压器、电感器、互感器、电机定子等场合时，一般是将厚度仅有约0.025mm左右的非晶纳米晶合金带材卷绕或堆叠成铁芯。对于宽度在50mm以上的带材，经常首先将其分剪成窄条，然后再进行铁心卷绕等。
[0003]非晶纳米晶带材一般采用平面流技术制备，其方法是：将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液；然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中；喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并在冷却辊外圆周表面与喷嘴底面之间形成一定尺寸的合金液熔潭，合金液迅速地被抽出并快速冷却，同时喷嘴缝中的合金液持续补充到熔潭中，从而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。薄带紧贴冷却辊外圆周表面随冷却辊高速旋转，并在冷却辊外圆周表面的适当位置由高压气体或机械装置剥离，最后由卷取装置将薄带卷绕成卷。
[0004]在实际生产中，非晶纳米晶带材总是按炉次制造的。在非晶纳米晶带材制造过程中，无论是冷却辊的外圆周表面、合金液所经过的喷嘴狭缝、还是其它相关部位，其尺寸、质量等一般都会随着带材的制造而逐渐变化，造成所生产的带材的质量逐渐恶化。当带材的质量恶化到一定程度时，必须停止带材的制造，对不再适宜使用的装置或零部件进行更换或修复，然后重新开始带材制造。某一次带材制造过程从开始到结束称为一个炉次，其最显著的特征是喷嘴中流出的合金液不中断。
[0005]在制造宽度50mm以上的非晶纳米晶带材时，经常遇到宽带两侧区域韧性不良问题，即：虽然宽带中间区域的韧性良好，但两侧存在脆性区域，容易引起宽带边缘脆断。另外，宽带不同区域的磁性能存在差异，尤其是宽度两侧区域的磁性能经常比中间区域更差，这种带材在生产过程中容易断裂从而使卷取中断。这种带材在作为宽带使用时(例如卷绕铁心或者横向定尺剪切)，带材的两侧区域可能出现脆断；并且由于两侧区域的磁性能也比中间区域差，导致铁心整体磁性能恶化。这种带材在分剪成窄条时，带材两侧区域可能会因脆断导致分剪中断；并且使用不同部位窄条所制造的铁心的磁性能不一致。
[0006]非晶纳米晶宽带两侧区域产生脆性和磁性能恶化的主要原因之一是宽带在快速冷却过程中产生收缩应力，该收缩应力将宽带的两侧区域拉起，使宽带两侧区域不能与辊面良好地接触甚至被提前剥离辊面，从而使宽带两侧区域的冷却速率急剧降低，最终导致宽带两侧区域冷却不足而影响韧性和磁性能。
[0007]中国专利申请CN110520944A披露了一种纳米晶宽带在制作过程中防止两侧区域提前剥离的方法，即：通过使用适当的辊面修磨装置连续研磨辊面，在辊面形成研磨伤痕，
对带材产生锚固作用，避免带材两侧区域的提前剥离。然而，这种方法虽然可以避免宽带的提前剥离，但并未消除或减轻宽带在快速冷却过程中的收缩应力，这种收缩应力如果得不到松弛，则可能会导致带材断裂，使卷取中断。
[0008]因此，需要提供一种在中间区域和两侧区域具有良好的韧性和磁性能一致性的非晶纳米晶宽带；还需要提供一种这种宽带的制备方法，既能够防止非晶纳米晶宽带在制造过程中因收缩应力而从辊面提前剥离、又能够防止宽带因收缩应力而产生的断裂。

技术实现思路

[0009]本专利技术的目的是提供一种具有优良的韧性和磁性能横向一致性的非晶纳米晶合金宽带及其制备方法，使后续的铁心卷绕或分剪等深加工得以顺利进行，并保证后续加工产品的磁性能一致性。
[0010]一方面，本专利技术通过控制冷却辊表面粗糙度的合理范围，使冷却辊表面存在尺寸合理的表面微观起伏。这种辊面起伏增大了带材与辊面之间的静摩擦力、对带材了产生足够黏附作用，防止了带材因冷却时的收缩应力导致的两侧区域提前剥离，保证了带材两侧区域的冷却效果，进而保证了宽带横向韧性及磁性能的一致性。如果辊面粗糙度太大，则会使带材表面粗糙，影响带材的叠片系数；如果辊面粗糙度太小，则会减弱对带材的黏附作用，容易使带材提前剥离辊面。
[0011]此外，本专利技术通过在制带过程中对熔潭进行气氛保护，防止了钢液氧化并减少了空气及粉尘裹入；对辊面进行连续修磨，防止了可能存在的氧化物或碎带附着在辊面。这些都保证了带材与辊面具有足够大的接触面积，有利于带材更加紧密地贴合辊面，保证了带材两侧区域的冷却效果，进而保证了宽带横向韧性及磁性能的一致性。
[0012]另一方面，本专利技术通过控制冷却辊表面和带材温度范围，减小了带材的收缩应力。钢液在辊面凝固后的冷却过程中，必然发生收缩，但由于带材紧贴在辊面上，无法自由收缩，因此带材内部会产生一定的收缩应力。这种收缩应力的大小与辊面和带材之间的温差有关。本专利技术通过限制辊面和带材温度范围，减小了收缩应力，防止了带材收缩应力过大而可能产生的提前剥离或断裂。当辊面温度过低时，会使带材冷却过快、收缩应力过大，容易造成带材提前剥离或断裂；但当辊面温度过高时，则会严重降低带材的冷却速率，甚至造成带材晶化，严重影响带材韧性和磁性能。同理，当带材剥离温度过低时，带材收缩应力会过大，容易造成带材提前剥离或断裂；但当带材剥离温度过高时，则会使卷取后的带材卷的温度过高，使带材韧性和磁性能恶化。
[0013]本专利技术的非晶纳米晶合金带材的成分具有如下的一般表达式：
[0014]X
a
Y
b
Z
c
[0015]其中，X为铁磁性金属元素Fe、Co、Ni的至少一种，总含量a在65～85at％之间；Y为过渡金属元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Ag、Au、Zn、及Al、Sn的至少一种，总含量b在0～10at％之间；Z为非晶形成元素Si、B、P、C等的至少一种，总含量c在15～30at％之间。此外，合金中还可含有总量不超过0.5at％的杂质元素。
[0016]本专利技术的非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制造，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金。
[0017]首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液；冶炼好的合金液可浇入中间包
进行温度调节及生产节奏缓冲。在小规模或实验室制备带材时也可省去中间包。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
[0018]喷嘴包中合金液的温度在1250～1450℃之间；更优选地，该温度在1300～1420℃之间。喷嘴处合金液的静压力在20～50kPa之间；更优选地，在25～40kPa之间。
[0019]喷嘴包底部带有一条狭缝喷嘴，其宽度在0.2～0.5mm之间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶纳米晶合金带材，其特征在于，在宽带两侧各占带宽30％的区域内，韧性值不大于3.0；其它区域内的韧性值不大于1.5。2.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，优选地，所述宽带两侧各占带宽30％的区域内的韧性值不大于2.0。3.根据权利要求2所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，优选地，所述宽带两侧各占带宽30％的区域内的韧性值不大于1.5。4.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，优选地，所述宽带其它区域内的韧性值不大于1.2。5.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，所述非晶纳米晶合金带材原料成分具有如下的一般表达式：X
a
Y
b
Z
c
其中，X为铁磁性过渡金属元素Fe、Co、Ni的至少一种，总含量a在65～85at％之间；Y为过渡金属元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Ag、Au、Zn、及Al、Sn的至少一种，总含量b在0～10at％之间；Z为非晶形成元素Si、B、P、C的至少一种，总含量c在15～30at％之间，此外，合金中还含有总量在0～0.5at％的杂质元素。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，所述宽带纵向分剪成宽度为10mm的窄条，各个窄条之间的比总损耗相对偏差不大于
±
15％。7.根据权利要求6所述的非晶纳米晶合金带材...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈文智，史扬，李百松，刘国栋，李志刚，
申请(专利权)人：安泰科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：