一種納米晶合金帶材的熱處理方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及納米晶合金的熱處理技術(shù)，特別涉及一種納米晶合金帶材的熱處理方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]非晶晶化法制備的納米晶軟磁材料具有磁感應(yīng)強(qiáng)度高、損耗低、磁導(dǎo)率高、電阻率高、抗腐蝕性強(qiáng)等性能優(yōu)勢(shì)，以及噴帶一次成型，工藝流程短、耗能少的生產(chǎn)工藝優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為21世紀(jì)生產(chǎn)和應(yīng)用雙節(jié)能的綠色材料。近幾年出現(xiàn)的Fe(Si，B，P，C)Cu系高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度具有高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度(Bs)、高磁導(dǎo)率(μ)、低損耗(P)和低磁致伸縮系數(shù)(λ)等性能優(yōu)點(diǎn)，是變壓器和電機(jī)等能源傳輸和轉(zhuǎn)換領(lǐng)域應(yīng)用的理想軟磁材料。
[0003]當(dāng)前高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的納米晶軟磁合金的生產(chǎn)和應(yīng)用存在的關(guān)鍵障礙是納米晶化過程需要使用快速加熱工藝。在帶材中形成高密度的晶核是高飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的Fe(Si，B，P，C)Cu系列合金降低納米晶化熱處理?xiàng)l件，獲得優(yōu)異磁性能的關(guān)鍵。申請(qǐng)?zhí)枮?01510259827.9的專利文獻(xiàn)公開了一種納米晶合金的熱處理方法，該方法在非晶晶化法制備納米晶合金材料時(shí)，將熱處理過程分為兩步，第一步利用非晶合金帶材高導(dǎo)熱率和低熱容的特點(diǎn)，進(jìn)行快速升溫和短時(shí)間保溫的預(yù)熱處理，激發(fā)帶材中形成高密度和均勻分布的晶核，然后在第二步的常規(guī)納米晶化熱處理中，使高密度晶粒同步生長(zhǎng)，利用晶粒間的競(jìng)爭(zhēng)作用促進(jìn)晶粒細(xì)化。與現(xiàn)有的熱處理方法相比，該方法分開控制非晶晶化的形核和晶粒長(zhǎng)大過程，提高了晶粒密度與結(jié)晶度、提高了晶粒尺寸與分布的均勻性，并且細(xì)化了晶粒，從而提尚了合金的性能。
[0004]然而，快速加熱、快速冷卻和短時(shí)間保溫控制方式要求在現(xiàn)有熱處理裝置中難以滿足，現(xiàn)有熱處理裝置如管式爐、箱式爐、馬弗爐等裝置具有加熱面積大、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，適用于大批量處理常規(guī)樣品，但是這些設(shè)備的升溫速度受熱傳導(dǎo)方式和樣品熱容負(fù)載大的限制，難以實(shí)現(xiàn)快速升溫，升溫過程和降溫過程通常都需要幾分鐘甚至幾十分鐘，無法實(shí)現(xiàn)短時(shí)間快速熱處理的精確控制要求。
[0005]目前常用的可快速升溫的熱處理爐的加熱方式，即輻射加熱源有紅外光、激光、感應(yīng)電流、通電焦耳熱等(A.1.Taub，A new method for stress relieving amorphous-alloys to improve magnetic-properties.1EEE Trans Magn.1984;20:564-70.)0福身才力口熱源對(duì)樣品的加熱受樣品表面光滑度影響，表面反光的樣品溫度誤差大。紅外光加熱的方法可實(shí)現(xiàn)較快的加熱速度，升溫速度可達(dá)103°C/s以上，但是由于紅外加熱器和測(cè)溫?zé)犭娕嫉臋z測(cè)和反饋時(shí)間差，紅外加熱爐難以實(shí)現(xiàn)高精度控溫，通常加熱速度越快，溫度過沖幅度越大。另外，紅外加熱過沖中樣品和爐體同時(shí)受熱，樣品在腔內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)快速冷卻，導(dǎo)致熱處理時(shí)間誤差較大，難以實(shí)現(xiàn)短時(shí)間快速的熱處理;激光熱處理可以實(shí)現(xiàn)快速加熱和快速冷卻，也便于精確控制處理時(shí)間。但是激光熱處理的區(qū)域受激光束的尺寸限制，掃描平面的方式可以實(shí)現(xiàn)大面積熱處理，但是效率低，使用成本也高。感應(yīng)電流和通電焦耳熱加熱(A.R.Yavari et al.Rapid annealing of Fe-S1-B amorphous tapes by jouleheating-effects on magnetic and mechanical-properties.J Magn Magn Mater.1987；69:43-52.)的方式很早已經(jīng)有人研究，但是后來發(fā)現(xiàn)也都存在嚴(yán)重的溫度過沖和控溫精度低等問題，適用性受到限制。
[0006]對(duì)于升降溫速度和溫度控制精度高的熱處理，上述設(shè)備已無法滿足要求，非常有必要開發(fā)新的提高晶核密度的方法。申請(qǐng)?zhí)枮?01510483080.5的專利文獻(xiàn)公開了一直快速升溫的熱處理爐，通過控制驅(qū)動(dòng)部件和定位件驅(qū)動(dòng)部件使樣品進(jìn)入熱源，進(jìn)行直接接觸加熱，熱源采用加熱面相對(duì)布置的兩塊平行加熱板。該裝置采用兩塊加熱板對(duì)樣品進(jìn)行雙面同步接觸加熱，利用薄帶樣品的小熱容和高熱導(dǎo)率，通過直接接觸的方式實(shí)現(xiàn)超高升降溫速度和熱處理時(shí)間的精確控制，并且可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)降溫速度，具有升降溫速度快，操作方便，溫度和時(shí)間控制精度高，適用于高導(dǎo)熱率和小熱容的薄帶、薄膜和粉末樣品熱處理。然而，該方法僅適合實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料研究，不能滿足大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)的要求。
[0007]申請(qǐng)?zhí)枮?01080061863.X的專利文獻(xiàn)公開了一種連續(xù)處理非晶態(tài)合金帶的系統(tǒng)和方法，可在不導(dǎo)致帶材變脆的情況下改善磁性能，同時(shí)該方法采用加熱棍輪接觸加熱的方式，可實(shí)現(xiàn)大于103°C/s的升降溫速度。然而，我們很容易發(fā)現(xiàn)，該方法中的在線退火的系統(tǒng)的示意圖與1984年發(fā)表的文章(J Magn Magn Mater.1987;69:43-52.)中的系統(tǒng)等基本一樣，都有供帶輪、引導(dǎo)輪、收帶輪、加熱和冷卻單元等部件。兩種系統(tǒng)的唯一不同是申請(qǐng)?zhí)枮?01080061863.X的專利文獻(xiàn)中改用了加熱輥加熱方式。由于該專利的目的是對(duì)非晶合金進(jìn)行去應(yīng)力退火和拉應(yīng)力提高磁各向異性能，沒有考慮帶材單面貼輥的截面溫度梯度對(duì)晶化形核和長(zhǎng)大的影響。此外，該方法中為了獲得磁芯加工所需的特定彎曲半徑，輥輪的尺寸、配合方式以及棍速都已限定，不能加工出平直的帶材。由于在非晶合金帶材中晶核形成的速度和密度受溫度影響極大，該裝置和方法不能滿足要求。
[0008]Waeckerle等在美國(guó)專利文獻(xiàn)US2008/0196795中公開了一種納米晶合金帶材退火裝置，退火過程中帶材在縱向拉伸應(yīng)力的牽引下以0.lm/s的速度通過隧道爐，實(shí)現(xiàn)納米晶化并可保持帶材具有較好的韌性。然而該方法依然采用輻射傳熱的方式，升溫和降溫速度都比較慢，不能達(dá)到預(yù)制晶核的要求。
[0009]對(duì)于需要高升降溫速度、高溫度均勻性、高溫度和時(shí)間控制精度的納米晶軟磁合金中預(yù)制晶核的熱處理，上述設(shè)備已無法滿足要求，開發(fā)操作更加便捷，溫度和時(shí)間控制更加精確的專用預(yù)制晶核熱處理裝置就顯得非常有必要。
[0010]此外，我們研究發(fā)現(xiàn)，提高帶材卷繞磁芯的表面電阻率，對(duì)于進(jìn)一步降低損耗，降低熱處理過程中帶材因?yàn)楸砻嫜趸瘜?dǎo)致的性能下降具有重要作用，但是目前也沒有行之有效的方法和設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明提供了一種納米晶合金帶材的熱處理方法，適用于高Fe含量納米晶軟磁合金的表面鈍化和預(yù)制晶核熱處理，具有加熱連續(xù)、溫度和時(shí)間控制精度高、升降溫速度快、加熱均勻等優(yōu)點(diǎn)。
[0012]一種納米晶合金帶材的熱處理方法，包括以下步驟:
[0013](I)將所述的納米晶軟磁合金帶沿一條路徑以預(yù)定進(jìn)料速率向前進(jìn)料、拉緊、引導(dǎo)并收料；
[0014](2)將所述納米晶軟磁合金帶沿所述路徑的一段進(jìn)行浴鹽加熱處理；
[0015](3)將經(jīng)過浴鹽加熱處理的納米晶軟磁合金帶進(jìn)行恒溫加熱；
[0016](4)將恒溫加熱后的納米晶軟磁合金帶進(jìn)行冷卻。
[0017]本發(fā)明通過采用鹽浴實(shí)現(xiàn)高加熱速度和表面鈍化，表面鈍化有效防止后續(xù)加熱過程中表面氧化，結(jié)合后續(xù)的恒溫加熱進(jìn)行晶核預(yù)制，該方法中，通過調(diào)整帶材的移動(dòng)速度、鹽浴的長(zhǎng)度和恒溫處理的長(zhǎng)度可精確控制表面鈍化層厚度、晶核尺寸和密度等，熱處理后帶材保持優(yōu)異的韌性和平直度。本熱處理裝置具有連續(xù)處理，同時(shí)實(shí)現(xiàn)帶材表面鈍化和晶核預(yù)制熱處理，鹽浴加熱實(shí)現(xiàn)雙面快速加熱，具有方便控制熱處理時(shí)間，以及精確控制熱處理溫度等特點(diǎn)。
[0018]優(yōu)選的，步驟(2)中，鹽浴采用NaNO3和KNO3中的至少一種。鹽浴NaNO3的熔點(diǎn)為3170C ,KNO3的熔點(diǎn)為337°C，兩者混合使用可以使工作溫度在400?600°C之間。優(yōu)選的,NaNO3和KNO3的質(zhì)量配比為:0.9?1.1。
[0019]為了實(shí)現(xiàn)快速升溫，帶材形成高密度的晶核，優(yōu)選的，步驟(2)中，浴鹽加熱處理的溫度為400?600 °C。
[0020]表面鈍化的時(shí)間通過控制帶材移動(dòng)速度和鹽浴池尺寸調(diào)整，為了保證形成高密度的晶核，優(yōu)選的，所述納米晶軟磁合金帶進(jìn)行浴鹽加熱處理的時(shí)長(zhǎng)為2?30s。進(jìn)一步優(yōu)選的，時(shí)長(zhǎng)為2?10s。
[0021]為了使晶核可以穩(wěn)定生長(zhǎng)，優(yōu)選的，步驟(3)中，恒溫加熱的溫度比浴鹽加熱處理的溫度低10?50°C，進(jìn)一步優(yōu)選的，恒溫加熱的溫度比浴鹽加熱處理的溫度低10?30°C。
[0022]為了提高熱處理效