[发明专利]脉冲磁场条件下非晶薄带热处理工艺与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种脉冲磁场热处理非晶薄带的方法及其装置，属非晶材料晶化处理领域。

背景技术

非晶晶化有利于提高非晶态软磁材料的综合磁性能，常用的方法有机械球磨和热处理等。随着晶化技术的不断发展，许多新兴的非晶晶化控制工艺应运而生，其中外场处理对非晶晶化的影响非常显著，并已取得很大的进展。外场处理在简化工艺，缩短流程的同时，可减少非晶薄带在处理过程中发生氧化和力学性能降低，是一种很有发展前景的处理方法。

目前，处理非晶材料的外场的主要形式有脉冲电流，直流高压电场，脉冲磁场。这些外场能不同程度地改变非晶的结构，其作用机理各不相同。如：脉冲电流的作用方式主要是让高密度脉冲电流通过非晶材料来进行的，处理过程中样品的温度不会发生很大变化，整个处理过程中处理温度远低于晶化温度，故晶化的主要原因不是脉冲电流的产生的焦耳热，而应归因于脉冲电流本身对试样的直接作用。据推测，脉冲电流使非晶晶化的机制是大量电子的周期性定向运动产生的电磁扰动将对材料中电子的自旋磁矩取向产生影响，从而导致晶化成核势垒降低，形成了大量的晶核并继续长大，获得具有更高力学性能和软磁性能的晶化薄带。

再如，用直流高压电场处理非晶材料是利用强电场对空位负电荷的作用，通过热扩散，加速空位负电荷向正极板表面迁移，在迁移过程中，正负电荷中和。据推测，上述过程中，材料中与空位结合牢固的某种原子将与空位一起运动，从而留下新的空位，其它与空位结合较弱的原子将占据新的空位。原子的迁移将降低形核势垒，导致某中原子成为结晶核心并随之长大，整个处理过程可以在低于初始晶化温度条件下发生。这种情况下有利于降低传统处理过高的温度造成非晶薄带晶化后力学性能降低的风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种脉冲磁场热处理非晶薄带方法及其装置。此设备可以完成在气氛保护下的普通热处理实验、脉冲磁场处理实验以及脉冲磁场-普通热处理复合处理实验。其主要特征是实现大范围脉冲磁场条件下的非晶薄带的晶化处理。

本发明方法的实施方案如下所述：

一种脉冲磁场条件下非晶薄带热处理工艺，可实现单独用作普通热处理或脉冲磁场处理，也可实现普通磁场热处理的同时导入脉冲磁场，形成脉冲磁场-普通热处理复合处理，该热处理工艺的特征在于：热处理在保护气氛下进行，被处理的非晶软磁材料在室温到晶化温度Tx以上的某一温度，置于脉冲磁场发生装置中，经热处理实现非晶晶化，加热最高温度为800℃；所使用的脉冲电源参数为：输出电压U＝50～4800V，脉冲宽度200ms，作用频率f＝0.2～4Hz；脉冲磁场可产生的磁感应强度B＝0.03～3.2T。

一种脉冲磁场处理非晶薄带的专用装置，该装置包括有磁场线圈(配有水冷设备)、加热设备、高压脉冲电源、气氛保护系统、和温度控制系统，该装置可单独用作普通热处理或脉冲磁场处理，也可普通磁场热处理的同时导入脉冲磁场，形成脉冲磁场-普通热处理复合处理。该方法具体过程为：涉及到普通热处理的实验在保护气氛下进行，避免或减轻非晶薄带在晶化处理过程中的产生的氧化。该工艺及装置的主要特点是可实现非晶薄带的大磁场强度的晶化处理。图1为本发明脉冲磁场条件下非晶合金薄带晶化专用装置示意图，装样时将样品放置在石英管10的底部，NiCr-NiSi控温热电偶7一端插至石英管底部，另一端与温度控制系统5连接，气管9进气部分一端通入石英管底部，另一端与气氛保护系统4连接，气管9出气部分一端通入石英管顶部，另一端通入大气环境；处理过程中将装好样品的石英管10放入内径为Φ19mm的电阻丝加热设备2内，加热设备2放置在内径为Φ70mm的磁场先线圈1内，磁场线圈1通过导线8与脉冲电源连接，形成闭合回路。该脉冲磁场发生装置是由一脉冲电源作为供送电源，如图2所示，该脉冲电源由开关11、电容12、充电系统13构成，利用充电系统13对电容12充电，通过开关11使脉冲电容12对磁场线圈14放电，在磁场线圈14内产生脉冲磁场。

图3是磁感应强度在磁场线圈轴线方向的分布，磁场线圈内部轴向的磁场在距中心±35mm内磁感应强度大小恒定，为(20±0.4)×10^-4T/A，磁场线圈内部距中心±35mm处径向的磁感应强度大小恒为20.4×10^-4T/A，如图4所示。图5是磁场线圈中不同加热温度条件下的温度分布，加热设备从低温到高温，均温段逐渐缩短，各温度下均温段的重叠部分在距加热设备中心15-35mm处，如图6所示。使用脉冲磁场在一定温度下处理非晶薄带时，将其放置在脉冲磁场均磁段和加热设备均温段的重叠部分，从而保证处理条件的一致。