[发明专利]一种纳米晶合金带材的热处理方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及纳米晶合金的热处理技术，特别涉及一种纳米晶合金带材的热处理方法和装置。

背景技术

非晶晶化法制备的纳米晶软磁材料具有磁感应强度高、损耗低、磁导率高、电阻率高、抗腐蚀性强等性能优势，以及喷带一次成型，工艺流程短、耗能少的生产工艺优点，被誉为21世纪生产和应用双节能的绿色材料。近几年出现的Fe(Si,B,P,C)Cu系高饱和磁感应强度具有高饱和磁感应强度(Bs)、高磁导率(μ)、低损耗(P)和低磁致伸缩系数(λ)等性能优点，是变压器和电机等能源传输和转换领域应用的理想软磁材料。

当前高饱和磁感应强度的纳米晶软磁合金的生产和应用存在的关键障碍是纳米晶化过程需要使用快速加热工艺。在带材中形成高密度的晶核是高饱和磁感应强度的Fe(Si,B,P,C)Cu系列合金降低纳米晶化热处理条件，获得优异磁性能的关键。申请号为201510259827.9的专利文献公开了一种纳米晶合金的热处理方法，该方法在非晶晶化法制备纳米晶合金材料时，将热处理过程分为两步，第一步利用非晶合金带材高导热率和低热容的特点，进行快速升温和短时间保温的预热处理，激发带材中形成高密度和均匀分布的晶核，然后在第二步的常规纳米晶化热处理中，使高密度晶粒同步生长，利用晶粒间的竞争作用促进晶粒细化。与现有的热处理方法相比，该方法分开控制非晶晶化的形核和晶粒长大过程，提高了晶粒密度与结晶度、提高了晶粒尺寸与分布的均匀性，并且细化了晶粒，从而提高了合金的性能。

然而，快速加热、快速冷却和短时间保温控制方式要求在现有热处理装置中难以满足，现有热处理装置如管式炉、箱式炉、马弗炉等装置具有加热面积大、操作简单等特点，适用于大批量处理常规样品，但是这些设备的升温速度受热传导方式和样品热容负载大的限制，难以实现快速升温，升温过程和降温过程通常都需要几分钟甚至几十分钟，无法实现短时间快速热处理的精确控制要求。

目前常用的可快速升温的热处理炉的加热方式，即辐射加热源有红外光、激光、感应电流、通电焦耳热等(A.I.Taub,A new method for stress relieving amorphous-alloys to improve magnetic-properties.IEEE Trans Magn.1984；20:564-70.)。辐射加热源对样品的加热受样品表面光滑度影响，表面反光的样品温度误差大。红外光加热的方法可实现较快的加热速度，升温速度可达10³℃/s以上，但是由于红外加热器和测温热电偶的检测和反馈时间差，红外加热炉难以实现高精度控温，通常加热速度越快，温度过冲幅度越大。另外，红外加热过冲中样品和炉体同时受热，样品在腔内难以实现快速冷却，导致热处理时间误差较大，难以实现短时间快速的热处理；激光热处理可以实现快速加热和快速冷却，也便于精确控制处理时间。但是激光热处理的区域受激光束的尺寸限制，扫描平面的方式可以实现大面积热处理，但是效率低，使用成本也高。感应电流和通电焦耳热加热(A.R.Yavari et al.Rapid annealing of Fe-Si-B amorphous tapes by joule heating-effects on magnetic and mechanical-properties.J Magn Magn Mater.1987；69:43-52.)的方式很早已经有人研究，但是后来发现也都存在严重的温度过冲和控温精度低等问题，适用性受到限制。

对于升降温速度和温度控制精度高的热处理，上述设备已无法满足要求，非常有必要开发新的提高晶核密度的方法。申请号为201510483080.5的专利文献公开了一直快速升温的热处理炉，通过控制驱动部件和定位件驱动部件使样品进入热源，进行直接接触加热，热源采用加热面相对布置的两块平行加热板。该装置采用两块加热板对样品进行双面同步接触加热，利用薄带样品的小热容和高热导率，通过直接接触的方式实现超高升降温速度和热处理时间的精确控制，并且可以根据需要调节降温速度，具有升降温速度快，操作方便，温度和时间控制精度高，适用于高导热率和小热容的薄带、薄膜和粉末样品热处理。然而，该方法仅适合实验室进行材料研究，不能满足大规模连续生产的要求。