[发明专利]一种具有低应力敏感性的铁基非晶合金及其制备方法

说明书

本发明提供了一种如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金，其中，a、b与c分别表示对应组分的原子百分含量；79.5≤a≤82.5，11.0≤b≤13.5，6.5≤c≤8.5，a+b+c＝100。本申请还提供了如式(Ⅰ)所示的铁基非晶合金带材的制备方法。本申请通过调整铁基非晶合金的组分与含量，使得到的铁基非晶合金具有较高的饱和磁感应强度、较高的非晶形成能力与较低的抗应力敏感性，使其可用于制作电力变压器、发电机、发动机的铁芯材料；同时由于其低应力敏感性，在制作电力变压器时可提高非晶变压器的抗突发短路能力；Fe_aB_bSi_c(Ⅰ)。

技术领域

本发明涉及铁基非晶合金技术领域，尤其涉及一种具有低应力敏感性的铁基非晶合金及其制备方法。

背景技术

由于具有低铁损、高饱和磁通量密度、高磁导率及其它优点，Fe基无定形合金薄带如Fe-Si-B无定形合金薄带被广泛用作电源变压器与高频变压器的铁心。基于以上特点，非晶铁基材料在面世很长一段时间内，在变压器领域独领风骚。

随着硅钢材料的持续更新，非晶材料的优势相对弱化。比如，非晶材料饱和磁密明显偏低、磁感应强度低、抗应力敏感度差等。针对非晶材料提高饱和磁感应强度和降低损耗等的改进，近年来非晶材料做了大量的工作，但是针对非晶材料抗应力敏感度差的研究未有显著的结果。而应力去除是非晶材料的低损耗特征的根本保障。另外，作为变压器磁路的主要材料非晶合金，其带材厚度为20-30μm，因其硬而脆，难以剪切，因此非晶合金变压器铁心截面均采用矩形，相应高低压绕组也只能采用矩形。矩形绕组相对圆形绕组而言抗短路能力较差，所以提高非晶合金变压器抗短路能力很有必要。

非晶变压器铁芯的应力主要由两部分应力组成，一是非晶材料在制备过程中产生的内应力即非晶材料淬态内应力，另一方面是铁芯制作过程由于铁芯结构特点产生的不可避免的装配外应力。大量的研究主要从退火工艺以及变压器铁芯结构优化降低应力。

非晶材料的淬态内应力产生主要跟非晶材料形成有关，快速冷却是非晶材料形成的必要条件，高温的熔体浇注到冷却基体上，在10⁶℃/s的冷却速度形成短程有序长程无序结构的非晶带材。液态这种短程无序结构被“冻结”，这些被“冻结”的结构内部会有内应力产生。非晶材料通过退火工艺可以有效的去除非晶材料的内应力，非晶行业退火工艺去除内应力方面做过大量的工作。退火去除淬态内应力的同时也会由于铁芯温度差异较大而产生的热应力，即内应力无法完全去除。

装配外应力的产生主要是铁芯装配过程中非晶带材制作铁芯过程以及铁芯本身结构特征带来的外应力。这种应力的产生不可避免，这部分去应力的研究相对较少，主要是通过变压器铁芯结构的优化和操作的规范来去除。非晶合金变压器绕组是矩形结构，所受电动力远不如普通变压器圆形绕组均匀，承受突发短路电动力时更容易变形。由于非晶合金变压器的铁心材料对机械应力非常敏感，无论是张应力还是弯曲应力都会影响其性能，所以在结构设计时加以充分考虑，以减少铁心受力；一般需采取特殊的紧固措施，将非晶合金变压器器身采用轴向承重结构。非晶合金铁心和矩形绕组受力互不干扰，矩形绕组通过上下夹件及压板压紧，压紧结构自成体系。因此矩形绕组的轴向和径向所承受短路电动力的考验要比圆形绕组严酷。为了降低变压器的装配和设计难度，降低非晶合金的应力敏感性是非常重要的。

例如，特开昭63-45318号公报提出了退火工艺改善的措施，主要是通过降低铁芯内温差的方法实现。即在铁心内外周面安装绝热材料，极力降低冷却时的铁心内的温度差的方法等，希望改善薄带本身，以改善铁心重量重与体积大的问题，装入到热处理炉后加热，铁心的各部位越容易产生温度不均的情况。该方法退火去应力不会因为炉内有铁芯温度过高产生晶化以及温度过低去应力不完全的现象。但是文中未具体表述这种方法的具体实施方式，并且会增加铁芯退火的工序以及退火成本，实际退火过程中实用性不强。