[发明专利]一种降低残余热应力的非晶合金薄带制备方法

说明书

本发明提供一种降低残余热应力的非晶合金薄带制备方法，包括：降低合金熔体浇铸时的无效过热度：首先获取合金熔体的最低浇铸温度；选择最低浇铸温度与正常浇铸温度之间的中间温度为第二浇铸温度；降低合金熔体浇铸时的无效过冷度：在某一特定的第二浇铸温度下，逐渐降低冷却辊的冷却能力，制备第二非晶合金薄带，并原位测量合金熔体的凝固温度；当第二非晶合金薄带中开始出现晶体相时，则前面那个能够得到完全非晶合金的凝固温度为最高凝固温度；由此获得第二浇铸温度、最高凝固温度和冷却能力之间的关联关系；制备目标产物：根据上述关联关系，选择设定浇铸温度并设定冷却能力，制备目标产物。该方法能降低非晶合金结构中的残余热应力。

技术领域

本发明属于非晶合金薄带生产技术领域，具体涉及一种降低残余热应力的非晶合金薄带制备方法。

背景技术

非晶合金薄带是70年代问世的一种新型软磁材料，采用快速凝固技术把熔化的钢液以1×10⁶℃/S的冷却速度直接冷却成厚度仅为20μm-40μm的金属薄带，与传统金属带材生产工艺相比，节省了5-6道工序，生产过程节能无污染排放，由于采取了超急冷却技术，带材中原子排列组合上具有短程有序、长程无序特点的非晶合金组织。该合金具有优异的磁性、耐蚀性、耐磨性、高硬度和高电阻率等特点，被人们称为二十一世纪最新的绿色环保软磁材料。

将合金熔体制备成非晶合金的过程是一个熔体过冷凝固转变的过程。合金熔体发生过冷凝固的必要条件是熔体的过冷度需大于合金熔体自然冷却凝固温度与非晶态结构转变温度Tg之差，通常铁基合金熔体的自然冷却凝固温度在1000℃以上，而非晶态结构转变温度Tg约为几百度，因此合金熔体必须具有几百度的过冷度才能实现过冷凝固。由于铁基合金的熔点与自然冷却凝固温度非常接近，铁基合金熔体在自然冷却过程中的过冷度无法达到过冷凝固对熔体过冷度的要求，所以要实现合金熔体的过冷凝固，必须采用人为提高合金熔体过冷度的方法才行。熔体的过冷凝固是随着熔体粘度不断增加，增大了熔体层间移动阻力，使熔体逐渐失去流动性，转变成具有熔体结构特征的固体，因此合金熔体的过冷凝固本质上是熔体粘度对熔体温度的一种依赖和互动关系。由于熔体粘度与熔体结构相对应，所以熔体粘度随熔体温度的变化受到熔体中原子扩散速度的控制，在熔体的自然冷却过程中，熔体温度变化速度比较缓慢，使得与熔体结构变化对应的原子扩散速度变化跟得上熔体温度变化的速度，所以熔体结构和熔体粘度变化与熔体温度变化体现出同步变化的特征，熔体结构相对于熔体温度是处于平衡的状态。当熔体温度变化速度大于熔体结构变化对应的原子扩散速度时，熔体结构和熔体粘度的变化滞后于熔体温度的变化，这时熔体结构相对于熔体温度是处于非平衡的状态。对合金熔体进行高速冷却，可以使合金熔体的降温速度远大于熔体结构变化对应的原子扩散速度，熔体粘度也远滞后于熔体温度，因此人为控制熔体温度变化速度可以改变熔体粘度对熔体温度的依赖关系，调控合金熔体的过冷度。当熔体温度以极快的速度地从熔点以上降低到非晶态结构转变温度Tg以下时，熔体的结构依然保持自然冷却凝固温度以上的特征，因为在非晶态结构转变温度Tg以下时熔体中没有晶核产生，熔体粘度增加的结果只是导致了熔体失去流动性而直接凝固，这种过冷凝固的结果使合金熔体转变成了非晶合金。

高速冷却虽然能使合金熔体直接过冷凝固成非晶合金，但也使非晶合金的结构处于一种非平衡状态。在高速冷却过程中，熔体形成的非晶合金基本没有时间进行充分的结构驰豫，导致非晶合金结构中存在非常明显的残余热应力，并且熔体浇铸温度与凝固温度的差别越大，非晶合金结构中的残余热应力也越大。而非晶合金结构中存在的残余热应力对铁基非晶合金中磁畴壁的运动产生阻碍作用，是导致铁基非晶合金矫顽力升高、磁滞回线宽化和非晶合金铁芯损耗增加的主要原因之一。因此要改善铁基非晶合金的磁性能，必须对高速冷却导致非晶合金中的残余热应力进行调控。

中国专利201610879582.4公开了一种降低合金熔体浇铸温度的非晶态固体合金薄带的制备方法，涉及利用过热循环处理的FeSiB合金熔体结构变化滞后于合金熔体温度变化的特征来降低合金熔体浇铸温度得到非晶合金。上述专利提供的方法只为提高非晶合金的成形能力，对于降低非晶合金中的残余热应力并未有显著效果。

发明内容