提高納米晶帶材熱處理后磁性能的工藝研究★

梁曉鳳

（太原鋼鐵集團電氣有限公司，山西 太原 030003）

鐵基納米晶合金具有高飽和磁感應強度、高磁導率、低損耗、低矯頑力的優(yōu)異軟磁性能，在新材料開發(fā)研制方面引起了廣泛的關注，促使材料向小型化、輕量化發(fā)展。目前主要替代硅鋼應用電感器、共模電感、互感器等電子器件中。本廠依據(jù)1988年日立生產的Finemet合金成分進行生產，主要由高溫熔體直接噴制于一定旋轉速度的單輥銅輥上，從而達到較高的冷卻速度，快速冷卻以至于來不及形成晶體而形成非晶。

材料的磁導率是表征軟磁材料特性優(yōu)劣的一個重要指標。熱處理是一種快速有效的提高帶材磁導率的方法，能夠消除帶材在噴制過程中形成的內應力，同時在退火過程中帶材內部結構會形成細小，彌散的晶粒，這些個小晶粒在帶材磁性能的改觀上至關重要。

1 機理研究

快淬法制成的帶材質量直接關系到鐵芯的退火后的磁性能，如果帶材制備過程中存在成分偏析或者雜質元素較多，帶材就會出現(xiàn)劃痕、毛邊、脆斷等現(xiàn)象，嚴重影響鐵芯退火后磁性能。

熱處理過程中存在的問題，鐵芯制備過程中，由于操作人員差異，無法保證所繞制鐵芯的松緊度一致。所繞鐵芯內側未焊接，側面不平整，鐵芯尺寸偏差較大；退火過程中未按時出爐，鐵芯表面有銹跡。

2 過程控制

嚴格控制制帶過程中雜質元素的含量，尤其是C元素，從生產的鋼錠光譜成分數(shù)據(jù)中分析C元素的含量，當w（C）在0.03%以上時，帶材就會出現(xiàn)劃痕、邊脆、脆斷現(xiàn)象。原因在于C與O易吸附于帶材表面。此外C和O更易吸附在高溫熔液沖刷的噴嘴杯內壁處，阻止內壁處各元素的擴散，導致成分不均勻，從而加大帶材表面與內部的應力，帶材變脆。

之后對制備的帶材進行韌脆性的研究，將所制備的帶材進行撕取試驗，將撕斷部位使用掃描電子顯微鏡（SEM）進行了微觀組織的觀察，發(fā)現(xiàn)當w（C）遠小于0.03%的時候，制備帶材的微觀結構中具有較多的剪切帶，且剪切帶之間有明顯的交叉作用（如圖1），表明該帶材具有良好的韌性；發(fā)現(xiàn)當w（C）大于0.3的時候，帶材則無剪切帶出現(xiàn)，呈現(xiàn)典型的脆性斷裂特征（如圖2）。

圖1 鋼錠成分中w（C）含量遠小于0.03%

圖2 鋼錠成分中w(C)大于0.03%

制帶前銅輥的車削以及打磨工作對帶材的表觀質量至關重要，如果此項工作達不到要求，帶材就會出現(xiàn)劃痕，劃痕的存在就會嚴重影響帶材的磁導率，為后續(xù)的退火工作起到了很大的干擾作用。為此本廠采用前后修磨的方式對銅輥進行車削，并打磨，確保帶材達到合格的帶面質量（如圖3）。

圖4 ，為了使制備的帶材能夠具有良好的柔韌性，不影響之后的鐵芯繞制工作，本廠加大了冷卻設備的分布，加快銅輥的冷卻速率。制帶上方安置風機，能夠使制出的帶材及時冷卻，降低帶材卷取后的內應力，避免應力集中。

3 鐵芯制備方面的改善措施

3.1 取樣要求

由于所制帶卷重量大，我們采取帶材頭部、中部、尾部分別取樣，則當爐按照頭∶中∶尾=3∶4∶3的數(shù)量比例至少繞制10個鐵芯試樣，每個鐵芯標識生產編號與序號，即“爐號—1……”，并按順序編碼放置。

3.2 允許偏差

鐵芯尺寸：20 mm×25 mm×h，環(huán)形鐵芯試樣的內徑、外徑、高度均采用最小分度值0.02 mm的量具（游標卡尺）測量。內徑由手動繞芯機的內芯決定，內徑允許偏差±0.1 mm，外徑允許偏差±0.2 mm。

3.3 外觀要求

環(huán)形試樣鐵芯端面應平整，無毛刺、變形等缺陷。戴絲質手套輕捏鐵芯，鐵芯自動回彈，不發(fā)生變形或松垮。

3.4 占空系數(shù)

確定了占空系數(shù)的范圍0.75~0.88，占空系數(shù)過小說明帶材的表面密度不夠，帶材的占空系數(shù)根據(jù)公式（1）計算：

式中：Lf為帶材的占空系數(shù)；m為圓環(huán)的質量，g；h為圓環(huán)的高度平均值，mm；D為圓環(huán)的外徑平均值，mm；d為圓環(huán)的內徑平均值，mm；ρ為材料的密度，取7.2×10-3g/mm3。

3.5 出爐溫度

規(guī)定了熱處理出爐溫度的溫度范圍。

4 數(shù)據(jù)處理

采用TH2838系列精密LCR數(shù)字電橋對退火后的鐵芯進行測試，計算10個試樣的均值作為判定本爐次的磁性能標準。測試過程中鐵芯如果存在破損、開焊、氧化等現(xiàn)象，該鐵芯則排除測試結果。

5 結語

本文對帶材之后的熱處理影響因素進行分析，嚴格控制制帶過程中雜質元素的含量、帶材缺陷、冷卻速率，保證帶材具備高的帶面質量以及盡量少的內部應力集中；改善鐵芯繞制方面的不足之處，排除對熱處理的干擾因素，成功的提高了帶材熱處理后的磁性能。