[发明专利]一种提高铁基纳米晶高频磁性能的磁场热处理方法

说明书

本发明公开了一种提高铁基纳米晶高频磁性能的磁场热处理方法，包括如下步骤：将带材卷成环形磁芯并分别在两个系统装置中进行热处理，首先将磁芯置于热处理管式炉中进行晶化退火，析出ɑ‑Fe(Si)纳米晶相；然后将晶化后的磁芯放置于强磁场热处理炉进行横向磁场热处理，使磁芯在施加磁场的方向上感生磁各向异性，从而改善磁芯在高频下的磁性能；将处理后的磁芯利用精密磁性元件分析仪测量其在高频范围下的单砸电感量并通过公式换算为有效磁导率；再利用软磁交流测试装置测量磁芯在高频下的损耗；最后利用X射线分析仪对磁芯样品的物相结构进行分析，获得检测结果后与现有磁芯进行对比。本发明还具有逻辑清晰、操作简单、容易实施的优点。

技术领域

本发明涉及磁性材料领域，尤其涉及一种提高铁基纳米晶高频磁性能的磁场热处理方法。

背景技术

近年来，随着电力电子技术向高频、大电流、小型化、高效节能的方向发展，占据软磁材料近80％市场份额的纯铁和硅钢因其较大的损耗已然不能满足电子磁性元件这样的发展要求。毫无疑问，在过去100多年中硅钢片是最为重要的软磁材料，其广泛应用于配电变压器、电机及发电机。硅钢片虽然具有高达2T的饱和磁化强度B_S值，但因其较低的磁导率μ(约10³)和较高的磁芯损耗(2-10W/kg)，特别是在高频下的磁芯的涡流损耗更大，造成了严重的能源和环境问题。而经过几十年的发展研究后，新一代软磁材料非晶/纳米晶软磁合金因其优异的软磁性能，即具有较高的饱和磁化强度B_S和磁导率μ及低的铁损P_C，吸引国内外众多的研究者进行大量的科学研究且有些研究成果已成功进行产业化。

在各种非晶/纳米晶软磁合金体系中，Fe基非晶/纳米晶软磁合金因其突出的软磁性能和相对较低的成本，正逐步替代硅钢、坡莫合金和铁氧体等作为变压器铁芯、电抗器、互感器、传感器等，可以提高变压器效率，缩小体积、减轻重量、降低损耗、节能环保，被誉为21世纪新型绿色节能材料，目前正广泛应用于电力电子领域。

然而，随着电源技术的高频化(大于20kHz)发展，其对磁性材料软磁性能的要求也将越来越高。这是因为随着频率的升高，首先，磁芯材料的有效磁导率会迅速衰减，电感量也因此而下降，这样的变化不利于磁性器件的设计及其功能的实现；其次，频率的升高会增加磁芯工作的能量损耗，不利于节能减排的绿色发展方向，同时还会使得磁芯的温度升高，导致磁性性能的不稳定。因此，现有技术需要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种提高铁基纳米晶高频磁性能的磁场热处理方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种提高铁基纳米晶高频磁性能的磁场热处理方法，该磁场热处理方法主要包括如下步骤：

步骤S1：将带材卷成外径、内径、高度分别为23*15*10mm的环形磁芯，为保证磁芯具有相同的叠片系数K，从而使环形磁芯在不同工艺条件下处理后的性能测试具有对比性，本步骤通过控制带材卷制的线速度、应力大小和磁芯的重量来实现。

步骤S2：所述环形磁芯的热处理分别在两个系统装置中进行，首先将磁芯置于热处理管式炉中进行晶化退火处理，析出ɑ-Fe(Si)纳米晶相。

具体的，所述步骤S2具体包括：入炉温度为200℃，一次加热速度设为10℃/min，第一阶段保温温度设为510℃，保温时间为15min；二次加热加热速率1℃/min，加热至第二阶段保温温度T_a且保温60min，随后打开炉盖随炉冷却至300℃出炉空冷，第二阶段的保温温度为540℃至570℃。

作为本发明的优选方案，所述步骤S2的第二阶段保温温度设为550℃。

作为本发明的优选方案，为了防止磁芯在冷却过程中氧化，所述步骤S2的磁芯在退火过程中通入N₂保护。