田樹科，任 宇，毛長(zhǎng)城

（1.河南工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南平原光電科技有限公司，河南 焦作 454000）

Fe36Co36Si4B20Nb4非晶合金條帶軟磁性能的研究

田樹科1，任 宇1，毛長(zhǎng)城2

（1.河南工學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003；2.河南平原光電科技有限公司，河南 焦作 454000）

調(diào)整 Fe36Co36Si4B20Nb4非晶合金條帶的制備工藝，對(duì)該合金成分條帶進(jìn)行DSC檢測(cè)，以確定退火溫度。分別對(duì)制備好的條帶進(jìn)行退火處理，對(duì)退火后的條帶進(jìn)行XRD檢測(cè)，根據(jù)結(jié)果確定退火前后的條帶為非晶條帶。分別對(duì)退火前后的條帶進(jìn)行軟磁性能的檢測(cè)，結(jié)果表明：適當(dāng)調(diào)整制備工藝，可以使未經(jīng)退火的非晶條帶的綜合軟磁性能得到明顯提高。

非晶；軟磁性能；退火

目前，傳統(tǒng)工藝制備的非晶條帶要想獲得良好的軟磁性能必須經(jīng)過退火，這是因?yàn)闂l帶在鑄造過程中會(huì)產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力，導(dǎo)致其軟磁性能不良[1]。但是，工業(yè)上大規(guī)模非晶材料的退火往往會(huì)出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象[2]。本實(shí)驗(yàn)主要研究不同工藝對(duì)非晶合金條帶軟磁性能的影響，嘗試通過對(duì)制備工藝的改進(jìn)[3-4]，制備出無須退火便能達(dá)到良好軟磁性能的條帶[5]。

1 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)用母合金的熔煉在高真空氬氣保護(hù)自耗電弧熔煉爐中進(jìn)行。母合金成分選用Fe36Co36Si4B20Nb4，熔煉原料如表1所示。將煉制好的試樣平均切成數(shù)個(gè)小塊，作為制備非晶條帶的原材料。

表1 Fe36Co36Si4B20Nb4所用的原材料

制備實(shí)驗(yàn)用非晶條帶的原材料從煉制好的母合金中選取，制備方法采用轉(zhuǎn)輪離心快淬法，其中轉(zhuǎn)輪材料采用紫銅，轉(zhuǎn)輪中可通入冷卻水，轉(zhuǎn)輪線速度為20m/s。具體參數(shù)如表2所示，制備好的兩組樣品條帶分別編號(hào)為A、B，如圖1所示。

表2 Fe36Co36Si4B20Nb4樣品條帶A、B的工藝參數(shù)設(shè)計(jì)

圖1 制備出的樣品條帶

對(duì)條帶樣品A、B進(jìn)行DSC分析，分析該合金成分的非晶居里溫度、非晶轉(zhuǎn)變溫度和晶化溫度。分別對(duì)A、B兩組樣品條帶進(jìn)行退火處理，退火后的樣品條帶分別編號(hào)為a、b。退火工藝參數(shù)如表3所示，其中退火溫度是依據(jù)樣品條帶DSC分析結(jié)果制定的。

表3 條帶退火的工藝參數(shù)

分別對(duì)A、B兩組樣品條帶進(jìn)行XRD分析，用來檢測(cè)樣品條帶是否存在晶化。采用直流BHS-40磁滯回線測(cè)量?jī)x檢測(cè)退火前后樣品條帶的初始磁導(dǎo)率和矯頑力，用來評(píng)價(jià)不同工藝對(duì)非晶條帶軟磁性能的影響。

2 條帶的軟磁性能檢測(cè)分析

圖2是樣品條帶的DSC分析結(jié)果。如圖2所示，該合金的非晶居里溫度TC、非晶轉(zhuǎn)變溫度Tg和晶化溫度TX分別為220℃、555℃和598℃。從圖中可以出，在晶化溫度TX后有一個(gè)較大的放熱峰，這是由于非晶態(tài)的能量較高，合金從非晶態(tài)向晶態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)必然產(chǎn)生大量熱量。

圖3是樣品a、b的XRD衍射圖，從圖中可以看到比較明顯的饅頭峰，是非晶態(tài)合金獨(dú)有的特征。因此，樣品條帶a、b均為非晶態(tài)。

圖2 Fe36Co36Si4B20Nb4條帶的DSC曲線

圖3 退火后的Fe36Co36Si4B20Nb4樣品條帶a、b的XRD圖譜

由上所述，F(xiàn)e36Co36Si4B20Nb4條帶的非晶轉(zhuǎn)變溫度Tg為555℃，而退火溫度為455℃，低于合金非晶轉(zhuǎn)變溫度100℃。退火工藝不能使樣品條帶發(fā)生非晶轉(zhuǎn)變，因此未經(jīng)退火的樣品條帶A、B也均為非晶態(tài)。

矯頑力和初始磁導(dǎo)率是評(píng)價(jià)軟磁材料磁性的最重要的兩個(gè)參量。分別對(duì)未經(jīng)退火A、B和退火后a、b四組樣品條帶進(jìn)行軟磁性能檢測(cè)，測(cè)量結(jié)果如表4及圖4所示。在表4中，分別列出了A、B、a、b四組樣品條帶的矯頑力和初始磁導(dǎo)率。在圖4中，橫坐標(biāo)為初始磁導(dǎo)率，縱坐標(biāo)為矯頑力，在圖中分別標(biāo)出四組樣品條帶相對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)，并且用直線連接退火前后的坐標(biāo)點(diǎn)。因此在圖4中，樣品條帶對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)點(diǎn)越靠近右下角，其綜合軟磁性能就越好?？梢灾苯涌闯?，樣品條帶經(jīng)過退火，初始磁導(dǎo)率提高，矯頑力降低。因此，樣品條帶經(jīng)過退火工藝，軟磁性能得到很大提高。

對(duì)未經(jīng)退火樣品條帶A、B的軟磁性能進(jìn)行比較，兩者的矯頑力相差不多，但是樣品條帶B的初始磁導(dǎo)率較高，因此樣品B的軟磁性能較好。

表4 Fe36Co36Si4B20Nb4樣品條帶在不同工藝條件下的軟磁性能

在樣品條帶制備過程中，由于銅輪的線速度和樣品條帶的冷卻速度都非常快，條帶內(nèi)部會(huì)有非常大的應(yīng)力。而樣品條帶經(jīng)過455℃×10min退火處理后，內(nèi)部發(fā)生弛豫，釋放一定的內(nèi)應(yīng)力，使軟磁性能得到很大的提高。因此，a、b樣品的軟磁性能高于A、B。

在樣品條帶A、B的制備過程中，銅輪的轉(zhuǎn)速為20m/s，但是冷卻條件不同。在樣品A的制備過程中，銅輪中通入冷卻水。在樣品B的制備過程中，銅輪中不通冷卻水，這樣可以使合金條帶在離開銅輪時(shí)的溫度處于較高狀態(tài)。溫度越高，樣品條帶的原子或原子團(tuán)相對(duì)于固態(tài)的自由度就越高，自弛豫能力越強(qiáng)，內(nèi)應(yīng)力就越小，軟磁性能越好。

圖4 Fe36Co36Si4B20Nb4樣品條帶的軟磁性能對(duì)比圖

3 結(jié)語

傳統(tǒng)方法制備的非晶條帶，由于內(nèi)應(yīng)力的存在，軟磁性能較差。經(jīng)過退火處理后，樣品條帶內(nèi)部的應(yīng)力得到釋放，接近平衡態(tài)。退火后樣品條帶的綜合軟磁性能得到明顯的提高。

調(diào)整非晶條帶的制備工藝，即通冷卻水或不通冷卻水，不通冷卻水可以使合金條帶在離開銅輪時(shí)的溫度處于較高狀態(tài)，使合金條帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自由度高，自弛豫能力得到提高，軟磁性能得到增強(qiáng)。

（責(zé)任編輯 呂春紅）

[1] 韓燁,朱勝利,井上明久.鐵基軟磁非晶合金和塊狀金屬玻璃的研究進(jìn)展[J].功能材料,2016,47(3).

[2] 毛長(zhǎng)城.Fe-基非晶軟磁性能的研究[D].鄭州:鄭州大學(xué),2013.

[3] 王正品.金屬功能材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[4] Chen GL, Hui XD, He G, et al. Multicomponent Chemical Short Range Order (MCSRO) Undercooling and the Formation of Bulk Metallic Glasses[J]. Materials Transactions,2001,42(6).

[5] Han Y, Chang Ct , Zhu S L, ET AL. Fe-based soft magnetic amorphous allys with saturation magnetization 1.5T and high corrosion resistance[J]. Intermetallics,2014,54(18).

The Study on the Soft Magnetic Property of Fe36Co36Si4B20Nb4Amorphous Alloy Strips

TIAN Shu-ke，et al
(Henan Institute of Technology, Xinxiang 453003, China)

In the preparation of the Fe36Co36Si4B20Nb4alloy strips, Adjusted the preparation of the Fe36Co36Si4B20Nb4amorphous alloy strips, tested it by DSC. Annealing the ribbons prepared with different crafts in the same way, tested the alloy strips by XRD. From its result, we made sure that the strips were amorphous. Testing their soft magnetic properties. From the result of the magnetic test, we found that the preparation process was adjusted, the amorphous strips with good soft magnetic performance but without annealing.

amorphous; soft magnetic property; annealing

TG139.8

A

1008–2093(2017)03–0001–03

2017-03-23

田樹科（1986―），男，河南安陽人，助教，碩士，主要從事凝固技術(shù)、理論及新材料研究。