本發(fā)明涉及磁性材料
技術(shù)領(lǐng)域:
,尤其涉及一種鐵基納米晶材料的熱處理方法。
背景技術(shù):
: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(gòu)成的合金經(jīng)快速凝固工藝所形成的一種非晶態(tài)材料,這種非晶態(tài)材料經(jīng)熱處理后晶化相彌散分布在非晶態(tài)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(huán),熱處理等一系列環(huán)節(jié)。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(guān)重要的。傳統(tǒng)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(jīng)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(yīng)用。因此,如何優(yōu)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(lǐng)域人員研究的熱點。技術(shù)實現(xiàn)要素:有鑒于此,本發(fā)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(fā)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(fā)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(zhì)中冷卻,得到熱處理后產(chǎn)品。優(yōu)選的,所述步驟(1)中的升溫速度為15~25℃/min。優(yōu)選的,所述步驟(1)中的保溫時間為10~20min。優(yōu)選的,所述步驟(2)中的升溫速度為1~5℃/min。優(yōu)選的,所述步驟(2)中的保溫時間為40~80min。優(yōu)選的,所述步驟(3)中的冷卻方法為開爐門冷卻。優(yōu)選的,所述第三溫度為300~400℃。優(yōu)選的,所述步驟(4)中的介質(zhì)為空氣、水、油、液氮或液氦。優(yōu)選的,所述步驟(1)升溫之前還包括:將鐵基納米晶材料預(yù)熱到預(yù)設(shè)溫度,所述預(yù)設(shè)溫度為200~400℃。優(yōu)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(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)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(zhì)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(nèi)部磁晶各向異性的產(chǎn)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(fā)明實施例中的技術(shù)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(fā)明一部分實施例,而不是全部的實施例?;诒景l(fā)明中的實施例,本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發(fā)明保護的范圍。本發(fā)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(zhì)中冷卻,得到熱處理后產(chǎn)品。在本發(fā)明中,所述步驟(1)在將鐵基納米晶材料升溫之前,優(yōu)選將鐵基納米晶材料預(yù)熱到預(yù)定溫度。在本發(fā)明中,所述預(yù)定溫度優(yōu)選為200~400℃,更優(yōu)選為250~350℃,最優(yōu)選為280~320℃。在本發(fā)明中,所述步驟(1)的升溫速度優(yōu)選為15~25℃/min,更優(yōu)選為18~22℃/min,最優(yōu)選為20℃/min。在本發(fā)明中,所述步驟(1)中的第一溫度優(yōu)選為505~520℃,更優(yōu)選為510℃。在本發(fā)明中,所述步驟(1)中的保溫時間優(yōu)選為10~20min,更優(yōu)選為14~16min,最優(yōu)選為15min。在本發(fā)明中,所述步驟(2)的升溫速度優(yōu)選為1~5℃/min,更優(yōu)選為2~3℃/min,最優(yōu)選為2℃/min。在本發(fā)明中,所述步驟(2)中的第二溫度優(yōu)選為555~570℃,更優(yōu)選為560℃。在本發(fā)明中,所述步驟(2)中的保溫時間優(yōu)選為40~80min,更優(yōu)選為50~70min,最優(yōu)選為60min。在本發(fā)明中,所述步驟(1)和(2)中的升溫優(yōu)選在真空和/或保護性氣體的條件下進行,更優(yōu)選在真空和保護性氣體的條件下進行。在本發(fā)明中,所述保護性氣體優(yōu)選為氮氣、氦氣或氬氣。在本發(fā)明中,所述保護性氣體的流量優(yōu)選為2~5mL/s,更優(yōu)選為3~4mL/s。在本發(fā)明中,所述步驟(3)中的冷卻方法優(yōu)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(fā)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(nèi)部產(chǎn)生各向異性從而提高其磁性能。在本發(fā)明中,所述出爐溫度優(yōu)選為300~400℃,更優(yōu)選為330~370℃,最優(yōu)選為350℃。在本發(fā)明中,所述步驟(4)中的介質(zhì)優(yōu)選為空氣、水、油、液氮或液氦。在本發(fā)明中,所述油優(yōu)選為食用油、潤滑油或機械泵油,更優(yōu)選為潤滑油或機械泵油,最優(yōu)選為機械泵油。本發(fā)明在介質(zhì)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(nèi)部的磁序,減小磁晶各向異性,提高材料的軟磁性能。本發(fā)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(lǐng)域技術(shù)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(fā)明中,所述鐵基納米晶材料優(yōu)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(yōu)選為Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1。本發(fā)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(nèi)的有效磁導(dǎo)率較高,測試頻率1KHz下的有效磁導(dǎo)率超過120000,測試頻率100KHz下的磁導(dǎo)率超過60000。本發(fā)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(guān)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(guān)、共模電感等磁芯。本發(fā)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(yè)牌號為1K107B,成分為Fe73.5Si13.5B9Nb3Cu1的產(chǎn)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(tǒng);控制爐腔從室溫加熱到預(yù)定溫度400℃;爐腔內(nèi)放入鐵基納米晶材料,關(guān)閉爐腔門;將爐腔內(nèi)空氣抽出至真空狀;向爐腔內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(chǎn)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(tǒng);控制爐腔從室溫加熱到預(yù)定溫度400℃;爐腔內(nèi)放入鐵基納米晶材料,關(guān)閉爐腔門;將爐腔內(nèi)空氣抽出至真空狀;向爐腔內(nèi)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(nèi)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(nèi)取出鐵基納米晶材料,立即浸入裝滿機械泵油的容器內(nèi)冷卻至室溫,得到熱處理后產(chǎn)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(tǒng);控制爐腔從室溫加熱到預(yù)定溫度400℃;爐腔內(nèi)放入鐵基納米晶材料,關(guān)閉爐腔門;將爐腔內(nèi)空氣抽出至真空狀;向爐腔內(nèi)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(nèi)的鐵基納米晶材料開爐門冷卻3min至400℃;從爐腔內(nèi)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(chǎn)品。實施例4將實施例1~3得到的熱處理后產(chǎn)品進行性能檢測,測試其在1~100KHz的有效磁導(dǎo)率:所用儀器為穩(wěn)科公司(WayneKerr)出品的WK3260B精密磁性元件分析儀;圓環(huán)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(dǎo)率。測試結(jié)果如表1~表3所示,表1為本發(fā)明實施例1得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果;表2為本發(fā)明實施例2得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果;表3為本發(fā)明實施例3得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果。表1本發(fā)明實施例1得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果表2本發(fā)明實施例2得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果頻率/KHz有效磁導(dǎo)率/104118.841018.272017.193015.834014.385012.976011.667010.49809.45908.551007.76表3本發(fā)明實施例3得到的熱處理后產(chǎn)品的性能檢測結(jié)果頻率/KHz有效磁導(dǎo)率/104117.281016.782015.823014.654013.465012.336011.297010.36809.52908.781008.11由以上實施例可知,本發(fā)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(zhì)中冷卻,得到熱處理后產(chǎn)品。本發(fā)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(zhì)中冷卻進行降溫處理,避免了鐵基納米晶材料內(nèi)部磁晶各向異性的產(chǎn)生,提高了鐵基納米晶材料的磁性能。當(dāng)前第1頁1 2 3