Fe36Co36Si4B20Nb4非晶合金条带软磁性能的研究

田树科，任 宇，毛长城

（1.河南工学院，河南 新乡 453003；2.河南平原光电科技有限公司，河南 焦作 454000）

Fe36Co36Si4B20Nb4非晶合金条带软磁性能的研究

田树科1，任 宇1，毛长城2

（1.河南工学院，河南 新乡 453003；2.河南平原光电科技有限公司，河南 焦作 454000）

调整 Fe36Co36Si4B20Nb4非晶合金条带的制备工艺，对该合金成分条带进行DSC检测，以确定退火温度。分别对制备好的条带进行退火处理，对退火后的条带进行XRD检测，根据结果确定退火前后的条带为非晶条带。分别对退火前后的条带进行软磁性能的检测，结果表明：适当调整制备工艺，可以使未经退火的非晶条带的综合软磁性能得到明显提高。

非晶；软磁性能；退火

目前，传统工艺制备的非晶条带要想获得良好的软磁性能必须经过退火，这是因为条带在铸造过程中会产生较大的内应力，导致其软磁性能不良[1]。但是，工业上大规模非晶材料的退火往往会出现不均匀现象[2]。本实验主要研究不同工艺对非晶合金条带软磁性能的影响，尝试通过对制备工艺的改进[3-4]，制备出无须退火便能达到良好软磁性能的条带[5]。

1 试验方法

实验用母合金的熔炼在高真空氩气保护自耗电弧熔炼炉中进行。母合金成分选用Fe36Co36Si4B20Nb4，熔炼原料如表1所示。将炼制好的试样平均切成数个小块，作为制备非晶条带的原材料。

表1 Fe36Co36Si4B20Nb4所用的原材料

制备实验用非晶条带的原材料从炼制好的母合金中选取，制备方法采用转轮离心快淬法，其中转轮材料采用紫铜，转轮中可通入冷却水，转轮线速度为20m/s。具体参数如表2所示，制备好的两组样品条带分别编号为A、B，如图1所示。

表2 Fe36Co36Si4B20Nb4样品条带A、B的工艺参数设计

图1 制备出的样品条带

对条带样品A、B进行DSC分析，分析该合金成分的非晶居里温度、非晶转变温度和晶化温度。分别对A、B两组样品条带进行退火处理，退火后的样品条带分别编号为a、b。退火工艺参数如表3所示，其中退火温度是依据样品条带DSC分析结果制定的。

表3 条带退火的工艺参数

分别对A、B两组样品条带进行XRD分析，用来检测样品条带是否存在晶化。采用直流BHS-40磁滞回线测量仪检测退火前后样品条带的初始磁导率和矫顽力，用来评价不同工艺对非晶条带软磁性能的影响。

2 条带的软磁性能检测分析

图2是样品条带的DSC分析结果。如图2所示，该合金的非晶居里温度TC、非晶转变温度Tg和晶化温度TX分别为220℃、555℃和598℃。从图中可以出，在晶化温度TX后有一个较大的放热峰，这是由于非晶态的能量较高，合金从非晶态向晶态转变时必然产生大量热量。

图3是样品a、b的XRD衍射图，从图中可以看到比较明显的馒头峰，是非晶态合金独有的特征。因此，样品条带a、b均为非晶态。

图2 Fe36Co36Si4B20Nb4条带的DSC曲线

图3 退火后的Fe36Co36Si4B20Nb4样品条带a、b的XRD图谱

由上所述，Fe36Co36Si4B20Nb4条带的非晶转变温度Tg为555℃，而退火温度为455℃，低于合金非晶转变温度100℃。退火工艺不能使样品条带发生非晶转变，因此未经退火的样品条带A、B也均为非晶态。

矫顽力和初始磁导率是评价软磁材料磁性的最重要的两个参量。分别对未经退火A、B和退火后a、b四组样品条带进行软磁性能检测，测量结果如表4及图4所示。在表4中，分别列出了A、B、a、b四组样品条带的矫顽力和初始磁导率。在图4中，横坐标为初始磁导率，纵坐标为矫顽力，在图中分别标出四组样品条带相对应的坐标，并且用直线连接退火前后的坐标点。因此在图4中，样品条带对应的坐标点越靠近右下角，其综合软磁性能就越好。可以直接看出，样品条带经过退火，初始磁导率提高，矫顽力降低。因此，样品条带经过退火工艺，软磁性能得到很大提高。

对未经退火样品条带A、B的软磁性能进行比较，两者的矫顽力相差不多，但是样品条带B的初始磁导率较高，因此样品B的软磁性能较好。

表4 Fe36Co36Si4B20Nb4样品条带在不同工艺条件下的软磁性能

在样品条带制备过程中，由于铜轮的线速度和样品条带的冷却速度都非常快，条带内部会有非常大的应力。而样品条带经过455℃×10min退火处理后，内部发生弛豫，释放一定的内应力，使软磁性能得到很大的提高。因此，a、b样品的软磁性能高于A、B。

在样品条带A、B的制备过程中，铜轮的转速为20m/s，但是冷却条件不同。在样品A的制备过程中，铜轮中通入冷却水。在样品B的制备过程中，铜轮中不通冷却水，这样可以使合金条带在离开铜轮时的温度处于较高状态。温度越高，样品条带的原子或原子团相对于固态的自由度就越高，自弛豫能力越强，内应力就越小，软磁性能越好。

图4 Fe36Co36Si4B20Nb4样品条带的软磁性能对比图

3 结语

传统方法制备的非晶条带，由于内应力的存在，软磁性能较差。经过退火处理后，样品条带内部的应力得到释放，接近平衡态。退火后样品条带的综合软磁性能得到明显的提高。

调整非晶条带的制备工艺，即通冷却水或不通冷却水，不通冷却水可以使合金条带在离开铜轮时的温度处于较高状态，使合金条带内部结构的自由度高，自弛豫能力得到提高，软磁性能得到增强。

（责任编辑 吕春红）

[1] 韩烨,朱胜利,井上明久.铁基软磁非晶合金和块状金属玻璃的研究进展[J].功能材料,2016,47(3).

[2] 毛长城.Fe-基非晶软磁性能的研究[D].郑州:郑州大学,2013.

[3] 王正品.金属功能材料[M].北京:化学工业出版社,2004.

[4] Chen GL, Hui XD, He G, et al. Multicomponent Chemical Short Range Order (MCSRO) Undercooling and the Formation of Bulk Metallic Glasses[J]. Materials Transactions,2001,42(6).

[5] Han Y, Chang Ct , Zhu S L, ET AL. Fe-based soft magnetic amorphous allys with saturation magnetization 1.5T and high corrosion resistance[J]. Intermetallics,2014,54(18).

The Study on the Soft Magnetic Property of Fe36Co36Si4B20Nb4Amorphous Alloy Strips

TIAN Shu-ke，et al
(Henan Institute of Technology, Xinxiang 453003, China)

In the preparation of the Fe36Co36Si4B20Nb4alloy strips, Adjusted the preparation of the Fe36Co36Si4B20Nb4amorphous alloy strips, tested it by DSC. Annealing the ribbons prepared with different crafts in the same way, tested the alloy strips by XRD. From its result, we made sure that the strips were amorphous. Testing their soft magnetic properties. From the result of the magnetic test, we found that the preparation process was adjusted, the amorphous strips with good soft magnetic performance but without annealing.

amorphous; soft magnetic property; annealing

TG139.8

A

1008–2093(2017)03–0001–03

2017-03-23

田树科（1986―），男，河南安阳人，助教，硕士，主要从事凝固技术、理论及新材料研究。