[发明专利]铁基超微晶铁芯的热处理方法

说明书

本发明属于非晶态合金或超微晶合金的热处理方法。主要适用于铁基超微晶铁芯，特别是大尺寸超微晶铁芯的热处理。

自从八十年代末期以来，超微晶合金的应用领域及用量迅速地不断扩大，特别是作为高频大功率逆变电源铁芯正广泛应用于新型焊机、切割机、程控交换机等高频电源中。此类电源功率较大，因而铁芯尺寸也较大。

超微晶合金是以非晶合金为原料(或为基础)，经超微晶化热处理而成。经其热处理，使其非晶态组织晶化，产生纳米级尺寸的微细晶粒，获得所需的最佳性能。在超微晶化热处理中，最关键是控制超微晶化处理温度。在现有技术中，通常的超微晶化处理温度(T)控制在高于晶化温度TX，低于化合相(结晶相)析出温度TX’，因为低于TX温度，不能形成超微晶，高于TX’温度时，将析出化合物相，微晶晶粒粗化，导致磁性能严重恶化。为此，超微晶化处理在晶化温度TX与化合物相析出温度TX’之间的温度范围内进行，一般超微晶化处理温度在晶化温度TX+(30～80℃)范围内进行。

上述温度范围只是一般情况下，超微晶化处理的参考温度。实际上，仅通过测量热处理炉的炉温来控制超微晶铁芯的最佳热处理温度是很困难的。因为非晶态合金在晶化转变时产生放热现象，对于大批量铁芯进行处理，由于非晶制备条件的差异，使其晶化放热量及放热速度、放热温升大小都很难预先测定，因此在超微晶化处理过程中，往往就由于晶化放热现象，使铁芯实际温度很突然地就超出预定的超微晶化处理温度，导致铁芯性能恶化。

为解决上述困难，日本专利平3-141615公开了一种适用于超微晶铁芯批量热处理的方法——二阶段热处理法。该方法通过将非晶铁芯在低于晶化温度数十度的温度下保温一段时间进行预处理，或在铁芯晶化放热时，使其与吸热体接触，以减小铁芯由于晶化放热导致温度超过最佳超微晶化温度，然后再升温至第二阶段——最佳超微晶化温度保温，之后随炉冷却。该方法提供了超微晶化铁芯批量处理时解决铁芯放热造成超温问题的基本思路，但在实际批量生产中也仍存在一些需要解决的问题，也即仍存在一些缺点，一是采用此方法使整个处理周期延长，第一阶段处理时间就达数小时之久，因此，导致生产率降低；更主要的问题是在第一阶段预处理温度不确定性。由于大批非晶带材在制备过程中，喷制时间较长，喷制期间条件的变化(如冷却辊辊温及带厚度的变化)，将导致同一批制备的带材各段实际上是在不同的冷速下制成的，也就是说，非晶度有区别。由这种带材制成的铁芯，由于冷速差异导致在随后的超微晶化处理过程中铁芯开始放热温度及放热量的不确定，各批处理的铁芯尺寸的不同(主要指铁芯体积及比表面)、铁芯装炉量、环境温度、甚至所加保护气氛的种类(铁芯在氮气中处理比在氢气中的开始放热温度明显提高)等都将影响铁芯的放热大小及散热条件，决定着铁芯内的实际温度。所以仅根据晶化温度来确定超微晶化处理温度是很不全面，很不实际的，不能保证每批铁芯均于最佳超微晶化处理温度，因而盲目性很大，处理铁芯的成品率及性能的一致性都很差。很难达到较满意的超微晶化处理效果。

日本专利平3-146615介绍的另一超微晶化处理方法是当铁芯放热时，将吸热体放入炉中，使其与铁芯接触，防止铁芯超温。采用该方法由于吸热体要占一定的空间，且随铁芯的数量增加而增加，一方面影响铁芯的装炉量，另一方面将使升温及降温速度减慢，延长生产周期，同样影响生产率，而且长时间处理，使铁芯易于氧化。

本发明的目的在于提供一种能确保产品性能，确保性能一致性及高成品率的铁基超微晶铁芯的热处理方法。即非晶态合金铁芯为处理对象，经热处理后获得最佳性能的超微晶铁芯。

针对上述目的，本发明的主要技术措施是热处理过程中，测定和跟踪被处理的非晶铁芯的实际温度，以铁芯的温度为控制炉温的主要依据，以测试的炉温为控制炉温的参考依据，确保铁芯的实际温度处于预定的最佳超微晶化铁芯处理温度下，确保超微细铁芯的性能及性能一致性。

其具体的技术方案如下：

在热处理过程中，用一只热电偶测炉温，另外用一只或多只热电偶测量炉中被处理铁芯的温度；根据炉中被处理铁芯的实际温度，来调整和控制炉温，实际操作时，也就是根据被处理铁芯开始晶化后的放热程度(放热量)及散热条件，即根据铁芯升温速度的快慢，及时调节热处理炉的加热功率，使热处理炉炉温相应地减缓升温、或保温、或降温，避免由于晶化放热而使铁芯温度超出最佳热处理温度，直至铁芯放热结束，铁芯放热结束后，调节热处理炉的加热功率，使铁芯温度升至最佳热处理温度，并保温10～30分钟，然后随炉冷却。