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一種鐵基納米晶材料的熱處理方法與流程

文檔序號:12413709閱讀:1772來源:國知局
本發明涉及磁性材料
技術領域
,尤其涉及一種鐵基納米晶材料的熱處理方法。
背景技術
:鐵基納米晶合金是由鐵元素為主,加入少量的Nb、Cu、Si、B元素所構成的合金經快速凝固工藝所形成的一種非晶態材料,這種非晶態材料經熱處理后晶化相彌散分布在非晶態的基體上,被稱為微晶或納米晶材料。納米晶材料的制備工藝一般為母材熔煉,帶材噴制,繞制成環,熱處理等一系列環節。在不考慮帶材成分、材料尺寸、形狀的情況下,熱處理過程對得到高性能鐵基納米晶是至關重要的。傳統的鐵基納米晶熱處理方法一般為在熱處理過程中進行加熱升溫并保溫,然后隨爐冷卻至室溫出爐。經過這種方式熱處理后雖然能夠在一定程度上提高鐵基納米晶材料的磁性能,但是熱處理后的材料磁性能依然較低,限制了鐵基納米晶材料的廣泛應用。因此,如何優化鐵基納米晶材料的熱處理工藝以獲得性能更好的鐵基納米晶材料,成為本領域人員研究的熱點。技術實現要素:有鑒于此,本發明的目的在于提供一種鐵基納米晶材料的熱處理方法,本發明提供的熱處理方法能有效提高鐵基納米晶材料的磁性能。本發明提供了一種鐵基納米晶材料的熱處理方法,包括以下步驟:(1)將鐵基納米晶材料升溫至第一溫度并保溫,得到第一處理物相;所述第一溫度為500~530℃;(2)將所述第一處理物相升溫至第二溫度并保溫,得到第二處理物相;所述第二溫度為550~580℃;(3)將所述第二處理物相冷卻至第三溫度出爐,得到第三處理物相;所述第三溫度為200~500℃;(4)將所述第三處理物相在介質中冷卻,得到熱處理后產品。優選的,所述步驟(1)中的升溫速度為15~25℃/min。優選的,所述步驟(1)中的保溫時間為10~20min。優選的,所述步驟(2)中的升溫速度為1~5℃/min。優選的,所述步驟(2)中的保溫時間為40~80min。優選的,所述步驟(3)中的冷卻方法為開爐門冷卻。優選的,所述第三溫度為300~400℃。優選的,所述步驟(4)中的介質為空氣、水、油、液氮或液氦。優選的,所述步驟(1)升溫之前還包括:將鐵基納米晶材料預熱到預設溫度,所述預設溫度為200~400℃。優選的,所述步驟(1)和(2)中的升溫在真空和/或保護性氣體的條件下進行。與現有技術相比,本發明提供的鐵基納米晶材料的熱處理方法先采用分段加熱保溫的方式進行升溫處理,然后在較高的溫度出爐并在介質中冷卻進行降溫處理,通過這種特定方式的升溫處理和降溫處理的組合,有效減少了熱處理的時間,從而避免了鐵基納米晶材料內部磁晶各向異性的產生,顯著地提高了鐵基納米晶材料的磁性能。具體實施方式下面將對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明保護的范圍。本發明提供了一種鐵基納米晶材料的熱處理方法,包括以下步驟:(1)將鐵基納米晶材料升溫至第一溫度并保溫,得到第一處理物相;所述第一溫度為500~530℃;(2)將所述第一處理物相升溫至第二溫度并保溫,得到第二處理物相;所述第二溫度為550~580℃;(3)將所述第二處理物相冷卻至第三溫度出爐,得到第三處理物相;所述第三溫度為200~500℃;(4)將所述第三處理物相在介質中冷卻,得到熱處理后產品。在本發明中,所述步驟(1)在將鐵基納米晶材料升溫之前,優選將鐵基納米晶材料預熱到預定溫度。在本發明中,所述預定溫度優選為200~400℃,更優選為250~350℃,最優選為280~320℃。在本發明中,所述步驟(1)的升溫速度優選為15~25℃/min,更優選為18~22℃/min,最優選為20℃/min。在本發明中,所述步驟(1)中的第一溫度優選為505~520℃,更優選為510℃。在本發明中,所述步驟(1)中的保溫時間優選為10~20min,更優選為14~16min,最優選為15min。在本發明中,所述步驟(2)的升溫速度優選為1~5℃/min,更優選為2~3℃/min,最優選為2℃/min。在本發明中,所述步驟(2)中的第二溫度優選為555~570℃,更優選為560℃。在本發明中,所述步驟(2)中的保溫時間優選為40~80min,更優選為50~70min,最優選為60min。在本發明中,所述步驟(1)和(2)中的升溫優選在真空和/或保護性氣體的條件下進行,更優選在真空和保護性氣體的條件下進行。在本發明中,所述保護性氣體優選為氮氣、氦氣或氬氣。在本發明中,所述保護性氣體的流量優選為2~5mL/s,更優選為3~4mL/s。在本發明中,所述步驟(3)中的冷卻方法優選為開爐門冷卻,采用開爐門冷卻的方式能夠加快冷卻速度。在本發明中,所述步驟(3)中的出爐溫度為200~500℃,在高溫下出爐能夠減少熱處理過程中加熱階段的時間,避免鐵基納米晶材料內部產生各向異性從而提高其磁性能。在本發明中,所述出爐溫度優選為300~400℃,更優選為330~370℃,最優選為350℃。在本發明中,所述步驟(4)中的介質優選為空氣、水、油、液氮或液氦。在本發明中,所述油優選為食用油、潤滑油或機械泵油,更優選為潤滑油或機械泵油,最優選為機械泵油。本發明在介質中進行冷卻進一步縮短了熱處理的時間,同時還能有效抑制磁芯內部的磁序,減小磁晶各向異性,提高材料的軟磁性能。本發明對所述鐵基納米晶材料的種類和來源沒有特殊的限制,采用本領域技術人員熟知的鐵基納米晶材料即可,可由市場購買獲得。在本發明中,所述鐵基納米晶材料優選為高頻低損耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬軟磁鐵基納米晶合金,更優選為Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1。本發明提供的熱處理方法所制備的鐵基納米晶材料在1KHz~100KHz頻率范圍內的有效磁導率較高,測試頻率1KHz下的有效磁導率超過120000,測試頻率100KHz下的磁導率超過60000。本發明提供的方法處理后的鐵基納米晶材料適用于互感器、電抗器、電感器、功率開關電源、逆變電源、磁放大器、高頻變壓器、高頻變換器、高頻扼流圈、漏電保護開關、共模電感等磁芯。本發明以下實施例所用到的鐵基納米晶材料為東莞美壹磁電科技有限公司提供的工業牌號為1K107B,成分為Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1的產品。實施例1按照下述方法對鐵基納米晶材料進行熱處理:啟動加熱系統;控制爐腔從室溫加熱到預定溫度400℃;爐腔內放入鐵基納米晶材料,關閉爐腔門;將爐腔內空氣抽出至真空狀;向爐腔內注入高純氮:99.999%,氣體流量為2~5mL/s;對鐵基納米晶材料以均勻的20℃/min加熱到510℃,并保溫15分鐘;對鐵基納米晶材料以均勻的2℃/min加熱到560℃,并保溫60分鐘;將爐腔內的鐵基納米晶材料開爐門冷卻5.5min至300℃;從熱處理爐的爐腔內取出鐵基納米晶材料,在空氣中冷卻至室溫,得到熱處理后產品。實施例2按照下述方法對鐵基納米晶材料進行熱處理:啟動加熱系統;控制爐腔從室溫加熱到預定溫度400℃;爐腔內放入鐵基納米晶材料,關閉爐腔門;將爐腔內空氣抽出至真空狀;向爐腔內注入高純氮:99.999%,氣體流量為2~5mL/s;對鐵基納米晶材料以均勻的20℃/min加熱到510℃,并保溫15分鐘;對鐵基納米晶材料以均勻的2℃/min加熱到560℃,并保溫60分鐘;將爐腔內的鐵基納米晶材料開爐門冷卻5.5min至300℃;從所述熱處理爐的爐腔內取出鐵基納米晶材料,立即浸入裝滿機械泵油的容器內冷卻至室溫,得到熱處理后產品。實施例3按照下述方法對鐵基納米晶材料進行熱處理:啟動加熱系統;控制爐腔從室溫加熱到預定溫度400℃;爐腔內放入鐵基納米晶材料,關閉爐腔門;將爐腔內空氣抽出至真空狀;向爐腔內注入高純氮:99.999%,氣體流量為2~5mL/s;對鐵基納米晶材料以均勻的20℃/min加熱到510℃,并保溫15分鐘;對鐵基納米晶材料以均勻的2℃/min加熱到560℃,并保溫60分鐘;將爐腔內的鐵基納米晶材料開爐門冷卻3min至400℃;從爐腔內取出鐵基納米晶材料,立即浸入裝滿水的容器中冷卻至室溫,得到熱處理后產品。實施例4將實施例1~3得到的熱處理后產品進行性能檢測,測試其在1~100KHz的有效磁導率:所用儀器為穩科公司(WayneKerr)出品的WK3260B精密磁性元件分析儀;圓環磁芯(Ф12×20×10mm)穿心一匝進行電感測量,然后通過公式換算為有效磁導率。測試結果如表1~表3所示,表1為本發明實施例1得到的熱處理后產品的性能檢測結果;表2為本發明實施例2得到的熱處理后產品的性能檢測結果;表3為本發明實施例3得到的熱處理后產品的性能檢測結果。表1本發明實施例1得到的熱處理后產品的性能檢測結果表2本發明實施例2得到的熱處理后產品的性能檢測結果頻率/KHz有效磁導率/104118.841018.272017.193015.834014.385012.976011.667010.49809.45908.551007.76表3本發明實施例3得到的熱處理后產品的性能檢測結果頻率/KHz有效磁導率/104117.281016.782015.823014.654013.465012.336011.297010.36809.52908.781008.11由以上實施例可知,本發明提供了一種鐵基納米晶材料的熱處理方法,包括以下步驟:(1)將鐵基納米晶材料升溫至第一溫度并保溫,得到第一處理物相;所述第一溫度為500~530℃;(2)將所述第一處理物相升溫至第二溫度并保溫,得到第二處理物相;所述第二溫度為550~580℃;(3)將所述第二處理物相冷卻至第三溫度出爐,得到第三處理物相;所述第三溫度為200~500℃;(4)將所述第三處理物相在介質中冷卻,得到熱處理后產品。本發明提供的鐵基納米晶材料的熱處理方法先采用分段加熱保溫的方式進行升溫處理,然后在較高的溫度出爐并在介質中冷卻進行降溫處理,避免了鐵基納米晶材料內部磁晶各向異性的產生,提高了鐵基納米晶材料的磁性能。當前第1頁1 2 3 
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