合金、磁芯以及合金帶材的制造方法
【專利摘要】提供了一種合金，該合金由Fe100-a-b-c-d-x-y-zCuaNbbMcTdSixByZz和多達1原子%的雜質(zhì)組成，其中，M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或多種，T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或多種，Z為元素C、P或Ge中的一種或多種，0原子%≤a<1.5原子%，0原子%≤b<2原子%，0原子%≤(b+c)<2原子%，0原子%≤d<5原子%，10原子%<x<18原子%，5原子%<y<11原子%，0原子%≤z<2原子%。所述合金為帶材的形狀，且具有一種納米晶體結(jié)構(gòu)，在該納米晶體結(jié)構(gòu)中，至少50體積%的顆粒具有小于100nm的平均尺寸，此外，所述合金技術(shù)參數(shù)如下：磁化曲線具有一個中心線性部分，其剩磁比Jr/Js<0.1，矯頑力Hc與各向異性場強Ha之比<10%。
【專利說明】合金、磁芯以及合金帶材的制造方法
[0001]本發(fā)明涉及一種合金，特別的是一種適合用作磁芯的軟磁性合金，此外，本發(fā)明還涉及一種磁芯以及一種合金帶材的制造方法。
[0002]組成成分為Fe100_a_b_c_d_x_y_zCuaNbbMcTdSixByZz的納米晶體合金可以在各種不同的應(yīng)用中作為磁芯。US7，583，173公開了一種應(yīng)用在電力變壓器中的、纏繞的磁芯，該磁芯由(Fe1-aNia) 100-x-y-z-a-b-cCuxSiyBzNbαM' eM，’ Y 組成，其中，a ≤ 0.3，0.6 ≤ χ ≤ 1.5，10 ≤ y ≤ 17，5≤z≤4，2≤α≤6，β ^ 7, Y≤8，Μ’為元素V、Cr、Al和Zn中的至少一種，M’ ’為元素C、Ge、P、Ga、Sb、In和Be中的至少一種。
[0003]同樣地，EP0271657A2也公開了一種上述組成成分的合金。
[0004]這種合金(也可以是帶材的形式)可以在諸如直流電流互感器、電力變壓器和儲能電感的各種不同的部件中作為磁芯。
[0005]通常情況下，對于作為磁芯的應(yīng)用而言，盡可能低的制造成本是值得追求的。在此，成本的降低不應(yīng)該對磁芯的操作產(chǎn)生影響，或者只產(chǎn)生盡可能小的影響。
[0006]在一些作為磁芯的應(yīng)用中，進一步減小磁芯的尺寸和重量是值得追求的，從而進一步地減小部件的尺寸和重量。然而，值得追求的是，在減小磁芯尺寸和重量的同時不額外地增加磁芯的制造成本。
[0007]因此，本發(fā)明的目的在于提出一種適合用作磁芯的合金，其中該合金的制造成本很低。本發(fā)明的另外一個目的在于選擇一種合金，使磁性的尺寸和/或者重量(相對于傳統(tǒng)的磁芯)得以減小。
[0008]本發(fā)明用來達成上述目的的解決方案是獨立權(quán)利要求中所給出的對象，而各相關(guān)權(quán)利要求中所給出的對象，更有利于達成上述目的。
[0009]在本發(fā)明中，提出了一種合金，由Fe100_a_b_c_d_x_y_zCuaNbbMcTdSixByZz和至少I原子%的雜質(zhì)組成，其中，M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或多種，T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或多種，Z為兀素C、P或Ge中的一種或多種，O原子％ ^ a〈l.5原子％,0原子％ ^ b〈2原子％，O原子％ ( (b+c)〈2原子％，O原子％ ( d〈5原子％，10原子％〈x〈18原子％，5原子％〈y〈ll原子％，O原子％ ( z<2原子％。所述合金被構(gòu)設(shè)成一種帶材的形狀，且具有一種納米晶體結(jié)構(gòu)，其中該納米晶體結(jié)構(gòu)中至少50體積％的顆粒具有小于IOOnm的平均尺寸，此外，所述合金技術(shù)參數(shù)如下:磁化曲線具有一個中心線性部分，剩磁比jyjs〈0.1，矯頑力H。/各向異性場Ha〈10%。
[0010]因此，所述合金具有小于2原子％的鈮含量。這種組成成分具有如下優(yōu)點:相對于較高的鈮含量，這種組成成分的原材料成本較低，因為鈮是一種相對昂貴的元素。進一步地，按照如下方案設(shè)置所述合金中硅含量的下限和硼含量的上限:在一個拉伸應(yīng)力的作用下，所述帶材形狀的合金可以在一個連續(xù)加熱爐內(nèi)制造而成，其中，所述合金可以達到上述磁性能。因此，借助這種制造方法，即使在較低鈮含量的情況下，所述合金也具有用作磁芯所需的軟磁性性能。
[0011]借助這種帶材的形狀，不僅可以在拉伸應(yīng)力的作用下在一個連續(xù)加熱爐內(nèi)制造所述合金，還可以制造任意纏繞數(shù)的磁芯。因此，通過選擇相應(yīng)的繞組，所述磁芯的尺寸和性能可以很容易地適用于各種應(yīng)用。當納米晶體結(jié)構(gòu)中至少50體積％的顆粒具有小于IOOnm的尺寸時，可以在飽和極化強度很高的情況下達到很低的飽和磁致伸縮系數(shù)。在選擇合適合金的情況下，通過拉伸應(yīng)力作用下的熱處理，可以得到具有中心線性部分的磁化曲線、小于0.1的剩磁比和小于各向異性場10%的矯頑力。由此可以實現(xiàn)如下磁性能:較低的磁滯損失、在磁化曲線的中心線性部分與外加磁場或者偏磁無關(guān)的磁導率。對于應(yīng)用在電流互感器、電力變壓器和儲能電感中的磁芯，上述磁性能是所需的。
[0012]在此，所述磁化曲線的中心部分被定義為位于磁化曲線中各向異性場強點之間的部分，其中所述各向異性場強點表示至飽和狀態(tài)的過度點。在此，通過一個小于3%的非線性系數(shù)NL定義所述磁化曲線中心部分的線性部分，其中所述非線性系數(shù)NL的計算公式如下:
[0013]NL (in%) =100 ( δ Jauf+ δ Jab) / (2JS) (I)。
[0014]其中，δ Jauf以及δ Jab表示磁化曲線中飽和極化強度Js的±75%的磁化值區(qū)域之間的上升/下降分支與回歸直線的標準磁化偏差。
[0015]因此，這種合金特別適合作為磁芯，因為在原材料成本較低的情況下，由這種合金組成的磁芯具有較小的尺寸和更小的重量，同時還具有作為磁芯所需的軟磁性能。
[0016]在一個實施例中，所述合金的剩磁比小于0.05。因此，所述合金的磁化曲線也具有更高的線性度和平坦度。在另外一個實施例中，矯頑力和各向異性場的比值小于5%。同樣地，在這個實施例中，磁化曲線的線性度更高，使磁滯損失也更低。
[0017]進一步地，在一個實施例中，所述合金具有一個大小40-3000或者80-1500的范圍之間的磁導率P。在另一個實施例中，所述合金具有一個大小大約在200-9000的范圍之間的磁導率。在這些或者其它的實施例中，所述磁導率主要是取決于熱處理過程中所選擇的拉伸應(yīng)力。在此，當拉伸應(yīng)力不大于SOOMPa時，所述帶材不會被撕裂。因此，可以將所述帶材的磁導率μ預(yù)先設(shè)定在40-10000的范圍之間。對于線性度特別高的回線，磁導率的范圍會低一些，即40-3000的范圍之間。
[0018]對于電流互感器、電力變壓器、儲能電感和其它類似的應(yīng)用，這種相對較低的磁導率是有利的，在這些應(yīng)用中，磁芯不應(yīng)該是鐵磁性飽和的，從而使高電流流過繞組和磁芯時，電感不遭受損失。
[0019]根據(jù)各種運用的特殊要求，所需的磁導率的范圍不盡相同。合適的磁導率范圍如下:1500-3000、200-1500、50-200。例如，對于直流電流互感器而言，大小大約在1500-3000范圍之間的磁導率μ是有利的，對于電力變壓器而言，大小大約在200-1500范圍之間的磁導率是特別合適的，對于儲能電感而言，大小大約在50-200范圍之間的磁導率是特別合適的。
[0020]磁導率越小，所述磁芯的繞組所能承受的電流越大。同樣地，在磁導率相同的情況下，材料的飽和極化強度Js越高，所能承受的電流越大。而另一方面，所述磁芯的電感隨著磁導率和組件尺寸的增大而增大。因此，為了同時實現(xiàn)磁芯較高的電感和較高承受電流，使用飽和極化強度較高的合金是有利的。例如，在一個實施例中，通過降低鈮含量可以將飽和極化強度Js從1.21Τ提高到1.34Τ，即提高10%。由此可以在無損失的情況下，降低顆粒的尺寸和重量。
[0021]所述合金具有一個小于5ppm的飽和磁致伸縮系數(shù)。對于具有這種飽和磁致伸縮系數(shù)的合金，即使存在應(yīng)力的情況下，也具有特別好的軟磁性能，特別是在磁導率μ不會明顯大于500的情況下。當磁導率較高的情況下，選擇一個飽和磁致伸縮系數(shù)較低的合金是有利的。[0022]進一步地，所述合金具有一個小于2ppm的飽和磁致伸縮系數(shù)，特別的是小于Ippm0對于具有這種飽和磁致伸縮系數(shù)的合金，即使存在應(yīng)力的情況下，也具有特別好的軟磁性能，特別是在磁導率μ大于500或者大于1000的情況下。
[0023]在一個實施例中，所述合金不含銀，即b=0。這個實施例具有如下優(yōu)點:原材料成本可以進一步地降低，因為元素鈮可以被完全地省去。
[0024]在另外一個實施例中,所述合金不含銅，即a=0。在另外一個實施例中,所述合金不含銅和銀，即a=0和b=0。
[0025]在另外一個實施例中，所述合金具有鈮和/或者銅，其中，0〈a<0.5和0〈b<0.5。
[0026]在另外一個實施例中，進一步地定義硅含量和/或者硼含量，使所述合金中，14原子％〈x〈17原子％和/或者5.5原子％〈y〈8原子％。
[0027]正如上文所述，所述合金具有一種帶材的形狀。這種帶材可以具有一個10 μ m-50 μ m范圍之間的厚度。借助這種厚度，可以纏繞出纏繞圈數(shù)較高的磁芯，該磁芯同時具有很小的外部直徑。
[0028]在另外一個實施例中，至少70體積％的顆粒具有小于50nm的平均尺寸，由此可以
進一步地提升磁性能。
[0029]所述合金將在拉伸應(yīng)力的作用下，通過熱處理制成帶材的形狀，從而產(chǎn)生所需的磁性能。因此，所述合金(即通過熱處理制成的帶材)的特征在于，通過所述制造過程產(chǎn)生一種結(jié)構(gòu)。在一個實施例中，所述晶體具有大小在20-25nm范圍之間的平均尺寸和大小大約在0.02%-0.5%范圍之間的、帶材長度方向上的殘余應(yīng)變，其中該殘余應(yīng)變與熱處理過程中所施加的拉伸應(yīng)力成正比。例如，當熱處理過程中所施加的拉伸應(yīng)力為IOOMPa時，殘余應(yīng)變大約為0.1%。
[0030]所述晶粒在一個優(yōu)選方向可以具有至少0.02%的應(yīng)變。
[0031]在本發(fā)明中，提出了一種如上述實施例中任一個所述的合金組成的磁芯。所述磁芯可以具有一種纏繞的帶材形狀，其中，為了形成磁芯，根據(jù)不同的應(yīng)用，所述帶材可以纏繞在一個平面上，或者可以圍繞一個軸纏繞成一個圓筒形線圈。
[0032]所述磁芯的帶材可以鍍一層絕緣層，從而實現(xiàn)磁芯繞組之間的電性絕緣。例如，所述鍍層為一個聚合物層或者一個陶瓷層?？梢栽诶p繞磁芯之前和/或者之后，在所述帶材上鍍上絕緣層。
[0033]正如前面所述，如上述實施例中任一個所述的合金組成的所述磁芯可以應(yīng)用在各種不同的部件中。例如，如上述實施例中任一個所述的合金組成的所述磁芯可以用在電流互感器、電力變壓器、儲能電感中。
[0034]在本發(fā)明中，還提出了一種帶材的制造方法，包括:提供一種非晶合金帶材，由Fe1
oo-a-b-c-d-x-y-zCuaNbbMcTdSixByZz和至少I原子％的雜質(zhì)組成，其中，M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或多種，T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或者多種，Z為元素C、P或Ge中的一種或者多種，O原子％≤a〈l.5原子％，O原子％ ( b〈2原子％，O原子％ ( (b+c)〈2原子％，O原子％ ( d〈5原子％，10原子％〈x〈18原子％，5原子％〈y〈ll原子％，O原子％ ( z〈2原子％。在一個溫度為Ta的連續(xù)加熱爐中對所述帶材進行熱處理，其中，450°C≤ Ta ≤ 750°C，且熱處理過程中，所述帶材受到一個拉伸應(yīng)力的作用。
[0035]借助這種組成成分，可以在拉伸應(yīng)力的作用下通過溫度在450°C≤Ta ≤ 750°C范圍之間的熱處理制造出具有適合作為磁芯的磁性能的合金。上述的熱處理可以形成一種納米晶體結(jié)構(gòu)，該納米晶體結(jié)構(gòu)中至少50體積％的顆粒具有小于IOOnm的平均尺寸。特別的是，對于這種組成成分，當鈮含量小于2原子％時，借助本發(fā)明制造出的合金具有如下磁性能:磁化曲線具有一個中心線性部分，剩磁比Jr/Js〈0.1，矯頑力H。/各向異性場Ha〈10%。
[0036]所述帶材在連續(xù)加熱爐中進行熱處理。因此，所述帶材以一個速度s通過所述連續(xù)加熱爐。按照如下方案設(shè)定所述速度s:所述帶材在所述連續(xù)加熱爐溫度區(qū)內(nèi)的停留時間在2秒-2分鐘的范圍之間，其中所述連續(xù)加熱爐溫度區(qū)的溫度在Ta的5%范圍內(nèi)。其中，將所述帶材加熱至溫度Ta所需的時間與熱處理本身的時間處于同一數(shù)量級。這也同樣適用于隨后的冷卻階段的持續(xù)時間。停留在這種退火溫度范圍內(nèi)，可以形成所需的結(jié)構(gòu)和所需的磁性能。[0037]在一個實施例中，在5MPa_160MPa拉伸應(yīng)力的作用下所述帶材通過所述連續(xù)加熱爐。在另外一個實施例中，在20MPa-500MPa拉伸應(yīng)力的作用下所述帶材通過所述連續(xù)加熱爐。進一步地，在更大拉伸應(yīng)力(最大可以達到SOOMPa)的作用下所述帶材通過所述連續(xù)加熱爐，所述帶材也不會被撕裂。在此拉伸應(yīng)力范圍內(nèi)，可以在組成成分如上所述的情況下達到所需的磁性能。
[0038]所獲得的磁導率的值μ與熱處理中所施加的拉伸應(yīng)力03成反比。因此，為了提前確定相對磁導率的值μ，熱處理過程中的拉伸應(yīng)力03是必要的，其中oa~α/μ。例如，在一個實施例中，a ~ 48000MPa。在另一個實施例中，a ^ 36000MPa。對于本發(fā)明的合金，相應(yīng)的熱處理過程中α在大約30000MPa_70000MPa的范圍之間。α的具體值取決于組成成分和退火溫度，此外還一定程度上取決于退火時間。
[0039]所述拉伸應(yīng)力決定了所需的磁性能，而所述拉伸應(yīng)力取決于所述合金的組成成分、退火溫度以及退火時間。在一個實施例中，按照如下關(guān)系選定為了達到給定磁導率μ所需的拉伸應(yīng)力σ a: σ a ^ σ Test μ Test/ μ，其中μ Test為退火試驗中拉伸應(yīng)力σ Test的磁導率。
[0040]所需的磁性能還取決于所述退火溫度Ta，因此，可以通過選擇所述退火溫度來達到所需的磁性能。在一個實施例中，根據(jù)鈮含量的不同，按照如下關(guān)系選定所述退火溫度Ta: (Txl+50°C )≤Ta≤(Tx2+30°C )。其中，Txl和Tx2為由最大潛熱決定的結(jié)晶溫度，該結(jié)晶溫度借助熱學的標準方法(例如DSC，即差示掃描量熱法)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下確定。
[0041]在另外一個實施例中，預(yù)先確定所需的磁導率或者各向異性場，以及每個值允許的偏差范圍。為了使所述帶材在整個長度方向上都能達到上述值，在所述帶材離開所述連續(xù)加熱爐的時候測量其磁性能。如果磁性能超出允許的偏差范圍，相應(yīng)地調(diào)整作用在所述帶材上的拉伸應(yīng)力，使磁性能重新回到允許的偏差范圍內(nèi)。
[0042]這個實施例可以降低磁性能在所述帶材長度方向上的偏差，從而保證磁芯內(nèi)部磁性能的均一性和/或者保證由單個帶材制造的多個磁芯磁性的偏差較小。因此，所述磁芯軟磁性能的均勻性(特別是對于傳統(tǒng)的制造過程)可以得到改善。[0043]下面結(jié)合下文的具體實施例、附圖和表格對本發(fā)明的其它優(yōu)點進行進一步的描述。
[0044]圖1所示為對比實施例中，各種鈮含量的納米晶粒Fe77_xCUlNbxSi15.5B6.5在一個方向垂直于帶材方向的磁場中進行熱處理之后，其磁化曲線的示意圖；
[0045]圖2所示為各種鈮含量的納米晶粒Fe77_xCUlNbxSi15.5B6.5在施加一個帶材方向的拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其磁化曲線的示意圖；
[0046]圖3所示為納米晶粒Fe77_xCUlNbxSi15.5B6.5在磁場中和在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其剩磁比和鈮含量的關(guān)系示意圖；
[0047]圖4所不為Fe7PxCu1NbxSi15.5B6.5的飽和極化強度和銀含量的關(guān)系不意圖；
[0048]圖5所示為各種退火溫度下Fe75.Wu1Nb1.5Si15.5B6.5在施加一個帶材方向的拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其飽和磁致伸縮系數(shù)λ s、各向異性場Ha、矯頑力H。、剩磁比Jr/Js和非線性系數(shù)NL的示意圖；
[0049]圖6所示為所述合金Fe77Cu1Si15.忑6.5在施加一個帶材方向的拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其剩磁比Jr/Js和矯頑力H。的示意圖；
[0050]圖7所示為借助差示掃描量熱法在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測量的所述合金Fe77Cu1Si15.5B6.5的結(jié)晶狀態(tài)以及結(jié)晶溫度Txl和Tx2的定義方法；
[0051]圖8所示為所述合金Fe77Cu1Si15.5B6.5在非晶初始狀態(tài)的X光散射示意圖和在施加一個拉力的條件下進行熱處理之后，各種退火溫度對應(yīng)的不同結(jié)晶階段；
[0052]圖9所示為納米晶粒Fe75.SCu1Nbh5Sim5Ba5在施加一個給定的拉伸應(yīng)力σ a的條件下進行熱處理之后，其磁導率 μ、各向異性場Ha、矯頑力H。、剩磁比Jr/Js和非線性系數(shù)NL的示意圖；
[0053]圖10所示為各種組成成分的合金的上限最佳溫度以及下限最佳溫度和結(jié)晶溫度Txl和Tx2的關(guān)系不意圖；
[0054]圖11所示為合金Fe8tlSi11B9和對比合金Fe78.5Si1QBn.5在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其矯頑力H。和剩磁比jyjs的示意圖；
[0055]圖12所示為合金Fe8tlSi11B9和對比合金Fe78.5Si1QBn.5在施加各種拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其磁化曲線的示意圖；
[0056]圖13所示為一個連續(xù)加熱爐的示意圖。
[0057]表1所不為各種銀含量的合金Fe77ICu1NbxSim5Bf^5在磁場中進行熱處理之后,其非線性系數(shù)NL (對比實施例)和在施加一個機械性拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后其非線性系數(shù)NL (本發(fā)明的方法)；
[0058]表2所示為各種鈮含量的合金Fe77_xCUlNbxSi15.5B6.5，在退火時間在2s_10s的范圍之間時，測得的結(jié)晶溫度和合適的退火溫度Ta ；
[0059]表3所示為晶體Fe76Cu1Nbh5Si115B8在施加一個大小約為120MPa的拉伸應(yīng)力的條件下、在一個溫度為610°C的連續(xù)加熱爐中進行熱處理之后，其磁性能和退火時間ta的關(guān)系;
[0060]表4所示為晶體Fe76Cutl.SNbh5Sim5Ba5在施加一個給定的拉伸應(yīng)力σ a的條件下進行熱處理之后其磁性能；
[0061]表5所示為各種組成成分的合金在制造狀態(tài)下測得的飽和計劃強度Js，在各種退火溫度Ta下進行熱處理之后測得的非線性系數(shù)NL、剩磁比jyjs、矯頑力H。、各向異性場Ha和相對磁導率μ ;
[0062]表6所示為各種組成成分的合金在制造狀態(tài)下測得的飽和計劃強度Js，熱處理之后測得的非線性系數(shù)NL、剩磁比Jr/Js、矯頑力H。、各向異性場Ha和相對磁導率μ ；
[0063]表7所示為各種組成成分的合金在制造狀態(tài)下測得的飽和磁致伸縮系數(shù)λ s和在施加一個拉力、給定退火溫度Ta的條件下進行熱處理之后測得的飽和磁致伸縮系數(shù)λ s。
[0064]圖1所示為帶材形狀的納米晶體合金的磁化曲線示意圖。
[0065]例如，本發(fā)明的試驗中帶材的寬度在6mm和IOmm的范圍之間，厚度在17 μ m到25μπι的范圍之間。然而，本發(fā)明并不局限于上述尺寸。
[0066]帶材具有一種FeixCu1NbxSi15 5B6 5的組成成分。在磁場中進行熱處理之后，測量帶材的磁化曲線,其中，磁場為垂直于帶材方向、H=200kA/m的磁場，熱處理的溫度為540°C，持續(xù)時間為0.5h。如圖1所示，隨著鈮含量的增加，磁化曲線的線性度越來越差。對于某些用作磁芯的應(yīng)用中，這種非線性的磁化曲線是不利的，因為它將導致磁滯損失增大。
[0067]表1所示為圖1和圖2中描述的各種熱處理和各種鈮含量的條件下的磁化曲線的非線性系數(shù)NL。特別的是，表1所示為各種鈮含量的納米晶粒？677_!￡&11他3115.忑6.5在磁場、溫度為540°C的條件下進行0.5h熱處理之后的非線性系數(shù)以及在施加大小為IOOMPa的拉伸應(yīng)力、溫度為600°C的條件下進行4s熱處理之后的非線性系數(shù)。
[0068]圖3所示為經(jīng)過熱處理之后的樣品的剩磁比上/Js和鈮含量的關(guān)系。特別的是，圖3所示為納米晶粒Fe7^Cu1NbxSi15.5B6.5在磁場、溫度為480°C -540°C的條件下進行0.5h熱處理之后和在施加一個拉伸應(yīng)力、溫度為520°C _700°C的條件下進行4s熱處理之后，其剩磁比和鈮含量的關(guān)系。
[0069]如圖3中的空白圓圈所示，在磁場中進行熱處理之后，在鈮含量大于2原子％的情況下，可以保證磁化曲線特別高的線性度，其剩磁比小于0.1、非線性系數(shù)小于3%。與此相反，在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，在鈮含量小于2原子％的情況下(甚至在不含鈮的情況下)，也可以保證磁化曲線特別高的線性度，其剩磁比小于0.1、非線性系數(shù)小于3% ο
[0070]從圖1和3中的結(jié)果可以看出，在磁場中進行熱處理之后，優(yōu)選的是，當最小鈮含量大于2原子％的情況下，制造的帶材具有適用于磁芯的磁特性。
[0071]如表1至表6和圖2至12中所示，在施加一個帶材方向的機械性拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，當鈮含量小于2原子％的情況下，可以實現(xiàn)磁化曲線特別高的線性度，其剩磁比很小。上述成分具有如下優(yōu)點:因為鈮是一種相對昂貴的元素，所以可以降低原材料成本。
[0072]圖2所示為帶材在施加一個大小約為IOOMPa的拉伸應(yīng)力、溫度為600°C的條件下在連續(xù)加熱爐中進行有效退火時間為4s的熱處理之后的磁化曲線示意圖。
[0073]在此，在連續(xù)加熱爐中的退火時間定義如下:帶材在連續(xù)加熱爐溫度區(qū)內(nèi)的停留時間，其中連續(xù)加熱爐溫度區(qū)的溫度在給定溫度±5%的范圍內(nèi)。其中，將帶材加熱至退火溫度所需的時間與熱處理本身的時間處于同一數(shù)量級。這也同樣適用于隨后的冷卻階段的持續(xù)時間。
[0074]如圖2所示，在鈮含量小于2原子％的情況下，磁化曲線具有一個中心線性部分和較小的剩磁比。在對比實施例中，鈮含量為3原子％，在本發(fā)明的實施例中，鈮含量小于2原子％。其中箭頭所示為定義各向異性場Ha的一個范例。[0075]圖3所示為樣品在磁場中和在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其剩磁比和鈮含量的關(guān)系的對比示意圖，其中被填充的菱形代表在拉伸應(yīng)力條件下進行熱處理的樣品，空白的圓圈代表在磁場中進行熱處理的樣品。在合金的鈮含量小于2原子％的情況下，只有在施加拉伸應(yīng)力的條件下對合金進行熱處理，才能實現(xiàn)小于0.05的剩磁t匕。當這種組成成分的合金在磁場中進行熱處理時，其剩磁比就會明顯地高很多，在這種情況下，該合金不適合用作磁芯。如果在施加拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理，即使是合金Fe77Cu1Si15.5B6.5 (即鈮含量為零)，其磁化曲線也可以具有良好的線性度，其剩磁比小于0.05。
[0076]圖4所示為組成成分為Fe77_xCUlNbxSi15.5B6.5的合金的飽和極化強度和鈮含量的關(guān)系示意圖。隨著鈮含量的減少，該合金的飽和極化強度明顯地增高。這種趨勢有利于減小相應(yīng)的重量和制造成本。因此，較低的鈮含量除了可以降低原材料成本，還可以進一步地減小裝配有磁芯的裝置的尺寸。
[0077]圖5所示為各種退火溫度下Fem5Cu1Nbh5Sim5Bf^5在施加一個大小約為50MPa的拉伸應(yīng)力的條件下進行大約4s熱處理之后，其飽和磁致伸縮系數(shù)λ s、各向異性場Ha、矯頑力H。、剩磁比Jr/Js和非線性系數(shù)NL的示意圖，其中各向異性場Ha為磁化曲線由線性部分過度到飽和區(qū)域的磁場強度(如圖2中所示)。
[0078]當退火溫度在535°C至670°C的范圍之間時(如圖中的陰影部分)，可以達到所需的性能。
[0079]當退火溫度處于上述陰影部分時，可以得到線性度很高的磁化曲線，具有很小的飽和磁致伸縮系數(shù)、很高的各向異性場和很小的剩磁比。此外，在這個區(qū)域內(nèi)，合金也具有線性度特別高的磁化曲線。因此，在圖5中的實施例中，合適的退火溫度在535°C和670°C之間的范圍內(nèi)。
[0080]上述溫度范圍很大程度上不取決于拉伸應(yīng)力的大小。它取決于熱處理的持續(xù)時間和鈮的含量。例如，隨著鈮含量的降低以及熱處理持續(xù)時間的加長，上述溫度范圍逐漸減小(如圖6和表2所不)。
[0081]在此，如圖6所示為無鈮合金的退火效果，其中最佳的退火溫度在500°C至570°C的范圍之間，與圖5組成成分的合金相比，本合金的退火效果明顯低很多。特別的是，圖6所示為合金Fe77Cu1Si15.5B6.5在施加一個大小約為50MPa的拉伸應(yīng)力、溫度Ta=613°C的條件下進行4s熱處理之后，其剩磁比jyjs和矯頑力H。的示意圖。在此，本發(fā)明中最佳的退火溫度在500°C至570°C的范圍之間。由圖中的插圖可以看出，在此退火溫度范圍內(nèi)可以得到平整、線性的磁化曲線,其剩磁比小于0.1。
[0082]圖7所示為借助差示掃描量熱法(DSC)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測量的合金Fe77Cu1Si15.5B6.5的結(jié)晶狀態(tài)。從圖中可以看出，結(jié)晶狀態(tài)具有兩個結(jié)晶階段，這兩個階段通過Txl和Tx2來表征。其中，在DSC測試中由Txl和Tx2限定的溫度區(qū)為最佳退火溫度區(qū)域，在圖6中該最佳退火溫度區(qū)域在500°C和570°C之間。
[0083]圖8所示為合金Fe77CUlSi15.5B6.5在非晶初始狀態(tài)的X光散射示意圖和在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，各種退火溫度對應(yīng)的由Txl和Tx2定義的不同結(jié)晶階段。特別的是，圖8所示為在施加一個拉伸應(yīng)力、溫度為515°C(處于最佳退火區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域內(nèi)可達成本發(fā)明的磁性能)的條件下，進行4s熱處理之后合金的X光散射示意圖以及在施加一個拉伸應(yīng)力、溫度為680°C (處于不利退火區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)磁化曲線的線性度差，其剩磁比很小)的條件下，進行4s熱處理之后合金的X光散射示意圖。
[0084]通過對上述衍射極限的分析可以得出:當溫度處于產(chǎn)生線性度較差的磁化曲線(其剩磁比很小)的退火溫度時，在結(jié)晶階段只要是形成一種潛入于非晶母體的、正方體形式的Fe-Si晶粒。對于組成成分為Fe77Cu1Si15.5B6 5的合金，這種晶粒的平均尺寸大約在38-44nm的范圍之間。而對組成成分為Fem5Cu1NbuSi15-A5的合金進行類似的分析，若相應(yīng)地選用最佳退火溫度，上述晶粒的平均尺寸在20-25nm的范圍之間。
[0085]在結(jié)晶過程的第二階段，剩余的非晶母體結(jié)晶成硼化物，這種硼化物會對磁性能產(chǎn)生不良影響并造成一種非線性的磁化曲線，其剩磁比很高且矯頑力很高。
[0086]表2所示為另外一個借助差示掃描量熱法(DSC)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測得的結(jié)晶溫度Txl和Tx2的實例及其補充數(shù)據(jù)，其中Txl表示bcc-FeSi的結(jié)晶，Tx2表示硼化物的結(jié)晶。合適的退火溫度約在Txl和Tx2的范圍之間，在這個范圍內(nèi)可形成潛入于非晶母體的納米晶粒結(jié)構(gòu)，其平均晶粒尺寸小于50nm，并達到所需的磁性能。
[0087]然而，Txl和Tx2以及退火溫度Ta取決于升溫速率和熱處理的持續(xù)時間。因此，在熱處理的持續(xù)時間小于IOs的情況下，最佳退火溫度大于表2中借助差示掃描量熱法(DSC)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測得的結(jié)晶溫度Txl和Tx2。相應(yīng)地，當熱處理持續(xù)時間較長的情況下(例如IOmin至60min)，最佳退火溫度Ta通常要比表2中列出的最佳溫度值低50°C至100°C，其中表2中熱處理的持續(xù)時間僅為數(shù)秒鐘。
[0088]從圖5中的示意圖和表2中借助差示掃描量熱法測得的結(jié)晶溫度可以得出:根據(jù)組成成分和熱處理持續(xù)時間的不同，有可能需要對退火溫度Ta做出相應(yīng)的調(diào)整。
[0089]如表3所示，以組成成分為Fe76CuiNK5Si1UB8的合金為例描述退火時間帶來的影響。在退火溫度Ta處在表2所述的溫度范圍的情況下，如果退火時間在幾秒到幾分鐘的范圍之間，退火時間不會對所得到的磁性能帶來顯著的影響。在本發(fā)明的實施例中，借助差示掃描量熱法(DSC)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測得Txl=489°C和Tx2=630°C，以及在Tal=540°C和Ta2=640°C的條件下進行4s熱處理。
[0090]在本發(fā)明的實施例中，退火溫度為Ta=610°C，該退火溫度介于溫度范圍所定義的上限值和下限值之間。在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測得的結(jié)晶溫度為進行幾分鐘恒溫熱處理的最佳退火溫度范圍。
[0091]圖9所示為磁導率、各向異性場、矯頑力、剩磁比和非線性系數(shù)與熱處理過程中施加的拉伸應(yīng)力之間的關(guān)系。特別的是，圖9所示為納米晶粒FeA5Cu1NK5Si15-A5在施加一個給定的拉伸應(yīng)力σ a、溫度為613°C條件下進行4s熱處理之后，其磁導率、各向異性場、矯頑力、剩磁比和非線性系數(shù)的示意圖。在此，所有情況下剩磁比1/JS都小于0.04，且非線性系數(shù)都小于2%。
[0092]表4所示為在另外一個實施例中，磁導率、各向異性場、矯頑力、剩磁比和非線性系數(shù)與熱處理過程中施加的拉伸應(yīng)力之間的關(guān)系。特別的是，表4所示為納米晶粒Fe76Cua5NK5Sim5Ba5在施加一個給定的拉伸應(yīng)力σ a、溫度為605°C的條件下進行4s熱處理之后，其磁導率、各向異性場、矯頑力、剩磁比和非線性系數(shù)的示意圖。在此，所有情況下剩磁比jyjs都小于ο.1，且非線性系數(shù)都小于3%。
[0093]如圖9和表4所示，可以通過調(diào)整拉伸應(yīng)力σ a來達成所需的各向異性場Ha和磁導率μ。為了達成給定的各向異性場Ha以及磁導率μ，在熱處理過程中必須保證拉伸應(yīng)力O a ^ α μ ClHa/Js以及Oa^ α/μ，其中磁場常數(shù)μ。=(4 π 10、s/(Am))。在此，α表征合金主要組成成分的材料參數(shù)，此外，α還可能取決于退火溫度和退火時間。通常情況下，在a ^ 30000MPa至a ^ 70000MPa之間。特別的是，在圖9的實施例中，a ^ 48000MPa，在表3的實施例中，a ^ 36000MPa。
[0094]進一步地，圖9和表3中的實施例表明:磁導率設(shè)置得越小，所得到的磁化曲線的線性度就越高。因此，在磁導率μ小于3000的情況下，可以得到線性度特別高的磁化曲線，其非線性系數(shù)小于2%、剩磁比jyjs〈0.05。
[0095]上述實施例中的帶材具有一種組成成分如下的合金:Fe1(l(l_a_b_e_d_x_y_zCuaNbbMeTdSixBΛ，其中:
[0096]CuO ≤ a〈l.5 ;
[0097]NbO ≤ b〈2 ；
[0098]M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或者多種且O ( b+c〈2 ；
[0099]T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或者多種且O≤d〈5 ;
[0100]Sil0〈x〈18;
[0101]B5<y<ll ；
[0102]Z為元素C、P或Ge中的一種或者多種且O≤ z〈2。
[0103]其中，合金具有至少I原子％的雜質(zhì)。通常情況下，雜質(zhì)為C、P、S、T1、Mn、Cr、Mo、Ni 和 Ta。
[0104]在特定熱處理的情況下，組成成分會對磁性能產(chǎn)生影響。對于同一種組成成分，為了達成所需的磁性能，可以相應(yīng)地調(diào)節(jié)熱處理的參數(shù)，特別的是調(diào)節(jié)拉伸應(yīng)力。
[0105]表5所不為各種組成成分的合金的實施例和一個對比實施例,其中各種組成成分的合金在施加一個拉伸應(yīng)力、退火溫度為Ta的條件下進行4s熱處理，該退火溫度Ta為對于各種組成成分的合金的最佳退火溫度。對比實施例中合金的鈮含量大于2原子％，而在
1-10號實施例中，本發(fā)明組成成分的合金的鈮含量小于2原子％。額外地，圖10給出了 1-10號實施例的最佳退火溫度和結(jié)晶溫度。特別的是，圖10給出了最佳退火溫度的上限值Ta2和下限值Tal與借助差示掃描量熱法(DSC)在升溫速率為ΙΟΚ/min的條件下測得的結(jié)晶溫度Txl和Tx2之間的關(guān)系。
[0106]上述實施例表明:對于本發(fā)明的合金，其組成成分可以在一定的范圍內(nèi)變化。在此，只要在前面所述的極限范圍(I)內(nèi)，用其它元素如Mo、Ta和/或Zr (2)代替Nb，用其它過渡金屬如V、Mn、Cr、Co和/或Ni以及(3)元素C、P和/或Ge代替鐵，并不會明顯地改變磁性能。為了證實上述論點，將在另外一個實施例中制造一種組成成分為Fe71.5Co2.5Ni0.5Cr0.5V0.5Mn0.2Cu0.7Nb0.5Mo0.5Ta0.4Si15.5B6.5C0.2 的合金，該合金具有 20 μ m 的帶材厚度和 IOmm 的帶材寬度。這種合金具有Js=1.25T的飽和極化強度，此外，在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行的熱處理對這種合金的性能的影響與表3中的實施例2-5相似。因此，在施加一個給定的拉伸應(yīng)力、溫度為600°C條件下進行大約4s熱處理的情況下，其非線性系數(shù)為0.4%、剩磁比Jr/Js=0.01、矯頑力Hc=6A/m、各向異性場Ha=855A/m和磁導率μ =1160。[0107]由表5可知，即使在不含Cu的情況下，也能達成所需的磁性能。
[0108]表6所示為另外一個實施例，該實施例中合金的銅含量系統(tǒng)性地變化，其中合金在施加一個大小約為15MPa的拉伸應(yīng)力、溫度為600°C條件下進行大約7s的熱處理。特別的是，在表6中，元素Cu的含量逐漸被元素Fe取代，其中其它元素所占比例不發(fā)生變化。
[0109]由表6可知，當銅含量小于1.5at%的情況下，銅含量的多少對磁性能無明顯的影響。然而，添加Cu元素將在制造過程中提升帶材的脆度。特別的是，對于Cu含量大于1.5at%的合金而言(如表6中的15號合金)，在制造狀態(tài)時就已經(jīng)顯現(xiàn)出較強的脆度，使得厚度為20 μ m的Fe745Cu2Nt^5Sim5Ba5合金帶材在彎曲直徑約為1mm的情況下就可能發(fā)生斷裂。
[0110]由于在制造過程中較高的帶材速度(25-30m/S)，這種很脆的帶材在離開冷卻輥之后無法進行纏繞，或者必須在鑄造過程之后直接快速地進行纏繞。而這樣的制造方法的經(jīng)濟性較差。此外，這種很脆的帶材在熱處理開始階段就可能會出現(xiàn)裂痕，特別是在帶材進入更高溫度區(qū)域之前。如果出現(xiàn)這種斷裂，熱處理過程將被中斷，同時帶材也必須再次進入爐子。
[0111]但是對于Cu含量小于1.5at%的合金而言，即使彎曲直徑為帶材厚度兩倍的情況下(通常情況下彎曲0.06mm以下)，也不會發(fā)生斷裂。這種情況下帶材可以在鑄造過程中進行卷繞。進一步地，對這種在初始狀態(tài)柔韌性較好的帶材進行熱處理要容易得多。對于銅含量小于1.5at%的合金而言，只有在經(jīng)過熱處理、離開爐子且進行冷卻之后才會變脆。因此，帶材在熱處理過程中出現(xiàn)斷裂的可能性非常地小。此外，在多數(shù)情況下即使出現(xiàn)斷裂帶材也可以順利地通過爐子?？偠灾?，這種在初始狀態(tài)柔韌性較好的帶材可能會帶來的問題較少，因此可以提高制造過程和熱處理過程的經(jīng)濟性。
[0112]在表5和表6中所示的合金，各組成成分的含量通過at% (原子百分比)進行標稱，通常情況下，各組成成分的含量和通過化學分析得出的單個元素含量之間的偏差不超過 ±0.5at%。
[0113]對于在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下制造的、鈮含量小于2原子％的納米晶粒合金而言，硅含量和硼含量也會影響其磁性能。
[0114]在表3至表6的實施例中，合金具有如下所需的磁性能:磁化曲線具有一個中心線性部分，其剩磁比Jr/Js〈0.1，矯頑力H。很小，僅為各向異性場Ha的百分之幾。
[0115]圖11和圖12中對組成成分為Fe8tlSi11B9和Fe78.5Si1(lBn.5的合金的磁性能進行了比較。圖11所示為兩種合金在施加一個大小約為50MPa的拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其矯頑力H。和剩磁比jyjs的示意圖。其中被填充的圓圈代表本發(fā)明合金Fe8tlSi11B9在施加一個大小約為50MPa的拉伸應(yīng)力、退火溫度為Ta的條件下進行4s熱處理之后的矯頑力H。和剩磁比Jr/Js，空白的三角形代表對比實施例合金Fe78.5Si10Bn.5在施加一個大小約為50MPa的拉伸應(yīng)力、退火溫度為Ta的條件下進行4s熱處理之后的矯頑力He和剩磁比Jr/Js。
[0116]圖12所不為兩種合金在施加一個大小為50MPa (虛線)和一個大小為220MPa (實線)的拉伸應(yīng)力、溫度約為565°C的條件下進行4s熱處理之后，其磁化曲線的示意圖。左邊為本發(fā)明合金Fe8tlSi11B9的磁化曲線，右邊為對比實施例合金Fe78.5Si1QBn.5的磁化曲線。
[0117]雖然圖11和12所示的合金在其化學組成成分上只有相對輕微的差異，但它們在磁性能上的差異卻是非常大的。
[0118]因此，本發(fā)明組成成分為Fe8tlSi11B9的合金在530°C和570°C之間的溫度范圍進行熱處理后，具有線性度較高的磁化曲線，其剩磁比jyjs〈0.1，矯頑力H。很小，要遠遠小于ΙΟΟΑ/m,僅為各向異性場Ha的百分之幾。
[0119]但是，組成成分為Fe78.5Si10Bn.5的合金在整個熱處理區(qū)域都具有很高的剩磁比。在退火溫度處于540°C和570°C之間的情況下，剩磁比可以達到最小值，但這個最小值依然在
0.5左右(如圖11)。進一步地，當剩磁比上/Js達到一個最小值的時候，其矯頑力卻非常地大,大小為800-1000A/m。在這種情況下，將損失磁化曲線的中心部分的線性度，其磁滯回線中較大的空隙將導致磁滯損失的增大(如圖12所示)。
[0120]上述實施例表明:在合金的組成成分中硅含量大于10原子％、硼含量小于11原子％的情況下，合金在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其技術(shù)參數(shù)如下:具有平坦且基本線性的磁化曲線，其剩磁比Jr/Js〈0.1，矯頑力H。很小，要遠遠小于100A/m，不超過各向異性場Ha的10%。在硅含量小于上述百分比而硼含量大于上述百分比的情況下，合金在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，無法達到所需的磁性能。
[0121]硅含量的上限值和硼含量的下限值也是值得研究的。對于組成成分為Fe75Cu0.5NbL5Si17.5B5.5的合金(見表5中的5號實施例)，可以很容易地制造出可延展的非晶帶材，在進行熱處理之后，該帶材具有所需的磁性能。而對于組成成分為Fe75Cua5NK5Si18B5的合金，在進行熱處理之后，其磁性能值僅僅處于邊界值。而對于組成成分為Fe75Cutl5Nbh5Sim5B45的合金,根本無法制造出可延展的非晶帶材。
[0122]上述實施例表明:在合金的組成成分中娃含量小于18at%、硼含量大于5at%的情況下，合金在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，其技術(shù)參數(shù)如下:具有平坦且基本線性的磁化曲線，其剩磁比Jr/Js`〈0.1，矯頑力H。很小，要遠遠小于100A/m，不超過各向異性場Ha的10%。在娃含量大于18at%、硼含量小于5at%的情況下,合金在施加一個拉伸應(yīng)力的條件下進行熱處理之后，無法達到所需的磁性能，或者無法制造出可延展的非晶帶材。
[0123]表7所示為各種組成成分的合金在制造狀態(tài)下測得的飽和磁致伸縮系數(shù)λ s和在施加一個大小為50MPa的拉力、給定退火溫度Ta的條件下進行4s熱處理之后測得的飽和磁致伸縮系數(shù)λ3。特別的是，最大可能的退火溫度Ta2與所選的退火溫度1；之間的差值不大于50°C，在這種情況下，給定組成成分的合金可以得到特別小的磁致伸縮值(與圖5相比)，其中磁致伸縮值具體的大小取決于合金的組成成分。此外，表7還描述了合金中硅含量所產(chǎn)生的影響。
[0124]作為圖5的補充,表7還表明:在施加一個拉伸應(yīng)力進行熱處理之后,磁致伸縮系數(shù)出現(xiàn)明顯的下降，這種較小的磁致伸縮系數(shù)有利于磁性能的可再現(xiàn)性。特別的是，在磁致伸縮系數(shù)很小的情況下，機械應(yīng)力對磁滯回線沒有影響或者影響很小。上述機械應(yīng)力可能出現(xiàn)在如下情況中:經(jīng)過熱處理之后的帶材纏繞成一個磁芯的過程中、為了在接下來的處理過程中保護磁芯將磁芯放入一個托盤或者塑料物中、將導線繞到磁性上。由此可以看出，這種磁致伸縮系數(shù)很小的合金是特別有利的。
[0125]由表7中的實施例可知，當硅含量大于13at%、最佳退火溫度區(qū)的上限值Ta2與熱處理溫度之間的差值不大于50°C的情況下，可以達成數(shù)值上小于5ppm的磁致伸縮系數(shù)。當硅含量大于14at%、最佳退火溫度區(qū)的上限值Ta2與熱處理溫度之間的差值不大于50°C的情況下，可達成更小的飽和磁致伸縮系數(shù)，其數(shù)值小于2ppm。當硅含量大于15at%、最佳退火溫度區(qū)的上限值Ta2與熱處理溫度之間的差值不大于50°C的情況下，可達成更小的飽和磁致伸縮系數(shù)，其數(shù)值小于lppm。
[0126]在磁導率越高的情況下，較小的磁致伸縮系數(shù)就顯得越重要。因此，對于磁導率大于500或者大于1000的合金而言，當飽和磁致伸縮系數(shù)小于2ppm或者Ippm的情況下，機械應(yīng)力對其影響較小。
[0127]合金也可以具有數(shù)值上小于5ppm的飽和磁致伸縮系數(shù)。對于磁導率小于500的合金而言，即使飽和磁致伸縮系數(shù)在小于5ppm的范圍內(nèi)，在存在內(nèi)部應(yīng)力的情況下，也具有很好的軟磁性能。
[0128]此外，飽和磁致伸縮系數(shù)的大小還略微取決于熱處理過程中施加的拉伸應(yīng)力oa。例如，對于組成成分為Fe75.5CUlNbL 5Si15.5B6.5的合金而言，在610°C的條件下進行4s熱處理后其飽和磁致伸縮系數(shù)與退火拉伸應(yīng)力的關(guān)系如下:當σ a ^ 50MPa時λ s~lppm,當σ a ^ 260MPa時λ s~0.7ppm,當σ a~500MPa時λ s~0.3ppm。由上可知，隨著拉伸應(yīng)力的增加，磁致伸縮系數(shù)小幅下降，其中Δ λ s~-0.15ppm/100MPa。其它組成成分的合金也顯示出了類似的特性。
[0129]圖13所示為一個適用于制造上述具體實施例中的任一種組成成分組成的帶材狀合金的設(shè)備I。設(shè)備I具有一個帶有溫度區(qū)3的連續(xù)加熱爐2，其中按照如下方案設(shè)置溫度區(qū):加熱爐內(nèi)溫度區(qū)的溫度在退火溫度Ta的±5%的范圍內(nèi)。進一步地，設(shè)備I具有一個線軸4和一個接納線軸6，其中線軸4上纏繞有非晶合金，接納線軸6用于接納經(jīng)過熱處理之后的帶材7。在一個拉伸應(yīng)力03的作用下，帶材7以速度s從線軸4通過連續(xù)加熱爐2進入接納線軸6，其中該拉伸應(yīng)力的方向oa 由設(shè)備9指向設(shè)備10。
[0130]進一步地，設(shè)備I具有一個設(shè)備8，用于測量帶材7在熱處理之后和離開連續(xù)加熱爐時的磁性能。在設(shè)備8的區(qū)域內(nèi)，帶材7不再受到拉伸應(yīng)力的作用。測得的磁性能可用于調(diào)整帶材7在連續(xù)加熱爐2內(nèi)受到的拉伸應(yīng)力Oa (如圖中的箭頭9和10所示)。通過測量磁性能以及持續(xù)地調(diào)整拉伸應(yīng)力可以改善帶材沿長度方向上磁性能的均一性。
【權(quán)利要求】
1.一種合金，由Fe100_a_b_c_d_x_y_zCuaNbbMcTdSixByZz和至少1原子%的雜質(zhì)組成，其中，M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或多種，T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或多種，Z為元素C、P或Ge中的一種或多種，O原子%≤a〈l.5原子％，O原子% ≤b〈2原子％，O原子% ≤(b+c)〈2原子％，O原子％ ≤ d〈5原子％，10原子％〈x〈18原子％，5原子％〈y〈ll原子％，O原子％ ( z<2原子％， 所述合金被構(gòu)設(shè)成一種帶材的形狀，且具有一種納米晶體結(jié)構(gòu)，其中該納米晶體結(jié)構(gòu)中至少50體積％的顆粒具有小于100nm的平均尺寸，此外，所述合金技術(shù)參數(shù)如下:磁化曲線具有一個中心線性部分，其剩磁比jyjs〈0.1，矯頑力H。/各向異性場Ha〈10%。
2.如權(quán)利要求1中所述的合金，其特征在于，所述合金的剩磁比jr/js0.05。
3.如權(quán)利要求1或者2中所述的合金，其特征在于，所述合金的矯頑力H。/各向異性場Ha〈5%。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的合金，其特征在于，所述合金還具有一個大小在40-3000范圍之間的磁導率μ。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項所述的合金，其特征在于，所述合金還具有一個小于.2ppm的飽和磁致伸縮系數(shù)，優(yōu)選的是小于1ppm。
6.如權(quán)利要求1至5中任一項所述的合金，其特征在于，所述合金具有一個小于500的磁導率和一個小于5ppm的飽和磁致伸縮系數(shù)。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項所述的合金，其特征在于，b〈0.5。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的合金，其特征在于，a〈0.5。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項所述的合金，其特征在于，14原子％〈x〈17原子％，5.5原子％〈y〈8原子％。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的合金，其特征在于，所述帶材具有大小在10 μ m-50 μ m范圍之間的寬度。
11.如權(quán)利要求1至10中任一項所述的合金，其特征在于，至少70%的顆粒具有小于.50nm的平均尺寸。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項所述的合金，其特征在于，所述晶粒在優(yōu)選方向具有至少0.02%的應(yīng)變。
13.一種由權(quán)利要求1至12中任一項所述的合金組成的磁芯。
14.如權(quán)利要求13所述的磁芯，其特征在于，所述磁芯具有一種纏繞的帶材形狀。
15.如權(quán)利要求13或者14所述的磁芯，其特征在于，所述帶材鍍有一個絕緣層。
16.一種由權(quán)利要求13至15中任一項所述的磁芯組成的直流電流互感器，其特征在于，所述磁芯具有大小在1500和3000之間的磁導率。
17.一種由權(quán)利要求13至15中任一項所述的磁芯組成的電力變壓器，其特征在于，所述磁芯具有大小在200和1500之間的磁導率。
18.—種由權(quán)利要求13至15中任一項所述的儲能電感,其特征在于,所述磁芯具有一個大小在50和200之間的磁導率。
19.一種帶材的制造方法，包括下述步驟: 提供一種非晶合金帶材，由Fe100_a_b_c_d_x_y_zCuaNbbMcTdSixByZz和至少I原子%的雜質(zhì)組成，其中，M為元素Mo、Ta或Zr中的一種或多種，T為元素V、Mn、Cr、Co或Ni中的一種或多種，Z為元素C、P或Ge中的一種或者多種，O原子％比≤a〈l.5原子％，0原子％ ( b〈2原子％，O原子％ ( (b+c)〈2原子％，O原子％ ( d〈5原子％，10原子％〈x〈18原子％，5原子％〈y〈l I原子％，O原子％ ( z〈2原子％ ； 在一個溫度為Ta的連續(xù)加熱爐中對所述帶材進行熱處理，其中，450°C< Ta ( 750°C,且在熱處理過程中，所述帶材受到一個拉伸應(yīng)力的作用。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，在拉伸應(yīng)力的作用下所述帶材以一定速度通過所述連續(xù)加熱爐，使所述帶材在所述連續(xù)加熱爐溫度區(qū)內(nèi)的停留時間在2秒-2分鐘的范圍之間，其中所述連續(xù)加熱爐溫度區(qū)的溫度為Ta。
21.如權(quán)利要求19或20所述的方法，其特征在于，在5MPa-800MPa拉伸應(yīng)力的作用下所述帶材通過所述連續(xù)加熱爐。
22.如權(quán)利要求19至21中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)組成成分的不同，按照σ Test μ Test/ μ的關(guān)系選定所述拉伸應(yīng)力oa，其中μ為所需的磁導率，yTest為測試拉伸應(yīng)力σ Test的磁導率。
23.如權(quán)利要求19至22中任一項所述的方法，其特征在于，根據(jù)鈮含量的不同，按照(Txl+50°C )≤Ta≤(Tx2+30°C )的關(guān)系選定所述溫度Ta0
24.如權(quán)利要求19至23中任一項所述的方法，其特征在于， 預(yù)先確定磁導率所需的值、剩磁比J,/Js〈0.1的最大值、矯頑力/各向異性場He/Ha〈10%的最大值以及每個值允許的偏差范圍； 在所述帶材離開所述連續(xù)加熱爐的時候，測量其磁性能； 如果磁性能超出允許的偏差范圍，相應(yīng)地調(diào)整作用在所述帶材上的拉伸應(yīng)力，使磁性能重新回到允許的偏差范圍內(nèi)。
【文檔編號】H01F1/14GK103502481SQ201280017880
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月15日
【發(fā)明者】吉塞赫爾·赫擇, 克里斯緹安·波拉克, 維多利亞·布丁斯克 申請人:真空融化股份有限公司