[发明专利]一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法

说明书

本发明涉及一种增加铁基非晶合金带材厚度的工艺方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1，提高快速冷却设备的冷却能力；步骤2，建立铁基非晶合金带材临界厚度与冷却能力的关系；步骤3，制备所需厚度的铁基非晶合金带材。本发明能够在不改变快速凝固工艺条件的情况下，利用提高冷却设备的冷却能力的工艺方法来增加铁基非晶合金带材的厚度，降低铁基非晶合金厚带材的制备难度。本发明具有实施成本低、效率高、可操控性和重复性强、技术可靠性高等特点，适合于在金属功能材料制备技术领域的广泛应用。

技术领域

本发明属于金属功能材料制备技术领域，特别是涉及一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法。

背景技术

由于铁基非晶合金具有明显不同于晶态铁基合金的物理和化学性能，如高磁导率、低损耗、高硬度和耐腐蚀等优点，是综合性能优异的先进电磁材料，广泛应用于智能电网、智能制造和信息技术等多个领域。通常铁基非晶合金带材厚度很薄，约为30微米左右，而且硬度很高，极大地增加了铁基非晶合金带材的加工难度和加工成本，同时由于铁基非晶合金带材的厚度太薄也影响了非晶铁芯叠片的系数，因此增加铁基非晶合金带材的厚度有利于降低加工难度和加工成本，提升非晶铁芯的叠片系数和器件性能。

将合金熔体制备成非晶合金带材是一个合金熔体的过冷凝固过程。要实现合金熔体的过冷凝固，要求合金的熔体状态一直保持到非晶态结构转变温度Tg以下，此时合金熔体的粘度出现快速增加，导致熔体失去流动性，发生凝固，转变成具有熔体结构的固体。以铁基非晶合金为例，由于铁基合金熔体的非晶态结构转变温度Tg比合金熔体的自然冷却凝固温度低几百度，通常铁基合金熔体无法达到过冷凝固对合金熔体过冷度的要求。要实现铁基合金熔体的过冷凝固就必须对合金熔体采用高速冷却的方法，使合金熔体在高速冷却过程中的熔体粘度变化明显滞后于合金熔体温度的变化，人为地提高合金熔体的过冷度，将初始的高温熔体结构保留到非晶态结构转变温度Tg 以下，实现合金熔体的过冷凝固。

在高速冷却过程中合金熔体温度的下降速率决定了合金熔体过冷度的幅度，熔体温度的下降速率越快，合金熔体的过冷度越大。决定合金熔体温度下降速率的关键因素是单位时间从合金熔体传导出的热量，导出的热量越多，熔体温度下降的越快。合金熔体单位时间传导出的热量与单位时间浇铸到冷却系统的合金熔体数量成正比，单位时间合金熔体的浇铸量越大，需要导出的热量越多，才能保证熔体的降温速率不变。在冷却系统的冷却能力固定的情况下，单位时间合金熔体浇铸数量的增加，必然导致熔体降温速率的降低，单位时间浇铸的合金熔体数量越多，合金熔体降温速率下降的越多，获得的合金熔体过冷度就越小，合金熔体的非晶态结构形成能力也越低。当合金熔体的过冷度小于铁基合金熔体自然冷却凝固温度与非晶态结构转变温度Tg 之差时，合金的熔体状态无法保持到非晶态结构转变温度Tg之下，不能满足过冷凝固的要求，熔体就会发生晶化凝固。

由于非晶合金带材厚度与单位时间浇铸的合金熔体数量成正比，非晶合金带材厚度的增加必然导致熔体过冷度的降低，即熔体非晶态结构形成能力的降低。通常合金熔体的非晶态结构形成能力与合金中的非金属元素含量成正比，通过增加非金属元素含量可以提高合金熔体的非晶态结构形成能力。

另外一种提高合金熔体非晶态结构形成能力的方法是降低浇铸时合金熔体的粘度。中国专利申请201610872616.7公开了一种增加非晶合金带材厚度的工艺方法，具体包括：步骤1建立过热循环处理与降低合金熔体粘度的关联关系；步骤2选择能最大幅度降低合金熔体粘度的过热循环处理温度并进行热处理；步骤3将过热处理后的合金熔体温度降至设定的浇注温度，并快速凝固得到非晶态固体合金薄带。该方法存在的主要不足之处是：合金熔体经过1700℃的高温处理，容易导致熔体中金属的氧化。

综上所述，尽管增加非晶合金带材厚度对于改善非晶带材的性能和应用有重要作用，但目前仍然缺乏增加非晶合金带材厚度的有效技术方法，是目前非晶合金材料领域未能解决的关键问题之一。因此，建立增加非晶合金带材厚度的工艺方法是满足重要的非晶合金带材研究和工程化生产的关键性技术，而且也是研发新型高性能非晶合金材料急需的重要技术。

发明内容