CN114574783A - 一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法。采用平面流技术制造非晶纳米晶合金带材，制备过程中喷嘴包中合金液温度的波动范围不大于20℃，进入熔潭之前冷却辊外圆周表面温度的波动范围不大于50℃，带材在剥离冷却辊外圆周表面时剥离温度的波动范围不大于50℃。通过该方法制备得到，在同一炉次内部的带材长度及宽度方向的不同部位，带材的晶化温度差值不大于2℃；在不同炉次之间，带材的晶化温度差值不大于5℃。本发明制备的非晶纳米晶合金带材具有优良的晶化温度一致性，提高后续的热处理效率，并保证热处理后带材或铁心的磁性能的一致性。

Description

一种非晶纳米晶合金带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁性功能材料领域中的软磁材料研究领域，具体涉及一种具有良好的晶化温度一致性的非晶纳米晶合金带材及其制备方法。
背景技术
非晶纳米晶合金是近年来迅速发展起来的一类软磁材料，与传统的电工钢、铁氧体等软磁材料相比具有更高的磁导率、更低的交流损耗，已经广泛应用于变压器、电感器、互感器、电机定子等磁性元器件中的铁心。在用于变压器、电感器、互感器、电机定子等场合时，一般是将厚度仅有约0.025毫米左右的非晶纳米晶合金带材卷绕或堆叠成铁芯。对于宽度在50mm以上的带材，经常首先将其分剪成窄条，然后再进行铁心卷绕等。
非晶纳米晶带材一般采用平面流技术制备，其方法是：将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液；然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中；喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并在冷却辊外圆周表面与喷嘴底面之间形成一定尺寸的合金液熔潭，合金液迅速地被抽出并快速冷却，同时喷嘴缝中的合金液持续补充到熔潭中，从而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。薄带紧贴冷却辊外圆周表面随冷却辊高速旋转，并在冷却辊外圆周表面的适当位置由高压气体或机械装置剥离，最后由卷取装置将薄带卷绕成卷。
在实际生产中，非晶纳米晶带材总是按炉次制造的。在非晶纳米晶带材制造过程中，无论是冷却辊的外圆周表面、合金液所经过的喷嘴狭缝、还是其它相关部位，其尺寸、质量等一般都会随着带材的制造而逐渐变化，造成所生产的带材的质量逐渐恶化。当带材的质量恶化到一定程度时，必须停止带材的制造，对不再适宜使用的装置或零部件进行更换或修复，然后重新开始带材制造。某一次带材制造过程从开始到结束称为一个炉次，其最显著的特征是喷嘴中流出的合金液不中断。
随后，非晶纳米晶带材被卷绕或堆叠成各种形状的铁心，或者裁剪成所需要的形状，然后进行热处理。热处理的目的是消除带材内部因快速凝固和铁心卷绕而产生的内应力，改善磁性能。有时，在热处理过程中还要对铁心施加外磁场，以形成特定的磁各向异性，得到某些特殊性能。
为了获得最佳的磁性能，非晶纳米晶铁心的热处理制度(尤其是热处理温度)的选择非常关键。例如，作为配电变压器铁心用的铁基非晶合金，其最佳热处理温度在其晶化温度以下约150℃左右；又如，对于铁基纳米晶合金，其最佳热处理温度在其第一晶化温度与第二晶化温度之间。
然而，在非晶纳米晶带材实际生产中，无论是同一炉次内部的不同部位，还是在不同炉次之间，带材产品的晶化温度总是存在一定程度的波动。晶化温度的这种波动如果超过一定限度，就会影响其最佳热处理温度范围，进而为后续的热处理带来不便：如果将晶化温度存在较大差异的带材或铁心混炉热处理，则会使部分带材或铁心偏离其最佳热处理温度区间，造成带材或铁心之间的磁性能存在较大的不一致性。如果专门挑选晶化温度接近的带材或铁心单独热处理，则会明显降低生产效率。
因此，减小非晶纳米晶带材在同一炉次内部和不同炉次之间的晶化温度波动，对于提高后续的热处理后铁心磁性能的一致性至关重要。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有优良的晶化温度一致性的非晶纳米晶合金带材及其制备方法，使后续的热处理得以高效率地进行，并保证热处理后带材或铁心的磁性能一致性。
晶化温度是非晶纳米晶带材的一个重要物理量，它对带材热处理温度的选择具有重大影响。因此，必须控制带材的晶化温度波动，使同一炉次和不同炉次之间带材的晶化温度偏差控制在一定范围内。而非晶纳米晶带材晶化温度主要由两方面因素决定：
第一方面，非晶纳米晶合金材料的化学成分是影响其晶化温度的首要因素。其中，各个主要元素的实际含量与它们目标值的偏差尤为关键，其原因是元素含量决定了合金在相图上距离共晶点的位置，进而决定了非晶合金的非晶形成能力和稳定性。当主要元素含量发生变化时，其晶化温度会发生改变，从而影响不同炉次之间晶化温度的一致性。所谓主要元素，是指为了使合金具有或达到某种性能而特意添加的化学元素。
为了保证非晶合金晶化温度的一致性，必须使各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(各主要元素含量的绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于2％。优选地，各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差绝对值不大于1％。
第二方面，非晶纳米晶带材在制备过程中的冷却效果差异也对晶化温度有一定影响。由于制备工艺参数的波动，必然会使同一炉次内部和不同炉次之间带材的冷却效果产生不一致，因而使所制备非晶纳米晶带材的微观结构产生差异，从而导致带材的晶化温度产生波动。为了保证晶化温度的一致性，必须保证制带过程中的关键工艺参数的一致性，包括合金液温度、辊面温度、带材剥离温度等。
本发明的非晶纳米晶合金带材的成分具有如下的一般表达式：
XaYbZc
其中，X为铁磁性过渡金属元素Fe、Co、Ni的至少一种，总含量a在65～85at％之间；Y为过渡金属元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Ag、Au、Zn、及Al、Sn的至少一种，总含量b在0～10at％之间；Z为非晶形成元素(也称为类金属元素)Si、B、P、C等的至少一种，总含量c在15～30at％之间。此外，合金中还可含有总量不超过0.5at％的杂质元素。
在制带开始前，用直读光谱仪测量合金液中各主要元素的实际含量，并使不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于2％。优选地，不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差绝对值不大于1％。
本发明的非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。在小规模或实验室制备带材时也可省去中间包；然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
在同一炉次内的不同时间段，以及不同炉次之间，喷嘴包中合金液温度的波动范围不大于20℃；优选地，该温度波动范围不大于10℃；更优选地，该温度波动范围不大于5℃。喷嘴处合金液的静压力在20～50kPa之间；优选地，合金液的静压力在25～40kPa之间。
喷嘴包底部带有一条狭缝喷嘴，其宽度在0.2～0.5mm之间。
喷嘴下方设置一只高速旋转的、具有铜合金外圆周表面的冷却辊，其表面线速度在15～30m/s之间。冷却辊的内部可用流动液体(如水)冷却。
在同一炉次内的不同时间段，以及不同炉次之间，进入熔潭之前的冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于50℃。优选地，进入熔潭之前的冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于30℃。冷却辊外圆周表面温度是指冷却辊在旋转过程中，其制带位置的表面在进入熔潭之前四分之一圆周处(例如，当采用上注法制带时，喷嘴和熔潭都设置在冷却辊的最顶端。冷却辊外圆周表面温度的测量点在带材喷出的冷却辊反方向90°圆心角的外圆周表面上对应于带材宽度中间的位置，用红外测温仪或热像仪等非接触方法测量)的温度。可以通过调节冷却辊内部冷却水的流量或温度来调节其外圆周表面温度。
喷嘴底部边缘与冷却辊外圆周表面之间的距离(辊嘴间距)在0.1～0.7mm之间。
冷却辊外圆周表面预先经过加工，使其表面粗糙度Ra在0.20～0.40μm之间。
喷嘴与冷却辊外圆周表面之间的空间用Ar、N2、CO或CO2等的至少一种或者其混合气体进行气氛保护，以防止合金液氧化、减少空气裹入、调节熔潭中的合金液温度等。
用砂纸(布)轮、金属毛刷轮或含有研磨颗粒的树脂毛刷轮对冷却辊外圆周表面连续修磨，以去除表面积累的残余物，并且使其表面粗糙度Ra始终保持在0.20～0.40μm之间。
在同一炉次内部不同时间段，以及不同炉次之间，带材在剥离冷却辊表面时的温度(剥离温度)波动范围不大于50℃。优选地，带材的剥离温度波动范围不大于30℃。带材剥离温度指的是带材刚刚离开辊面时的温度，测量点在带材自由面的宽度正中间。剥离温度的调整可以通过改变带材的剥离点位置、改变冷却辊外圆周表面温度等方法来实现。
通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为50～300mm，厚度为10～50μm。
用自动卷取装置将带材同步卷绕成卷。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。
通过上述方法得到，本发明制备的非晶纳米晶带材的性能如下：
在同一炉次内部的带材长度及宽度方向不同部位，带材晶化温度差值不大于2℃；优选地，该差值不大于1℃。在不同炉次之间，带材晶化温度差值不大于5℃；优选地，该差值不大于2℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过改变合金材料化学成分和生产工艺参数，从而使制备的非晶纳米晶合金带材具有优良的晶化温度一致性，提高后续的热处理效率，并保证热处理后带材或铁心的磁性能的一致性。本发明的非晶纳米晶合金带材制备工艺简单，可广泛应用于软磁材料的制备。通过本发明制备的高叠片系数非晶纳米晶合金带材可应用于各种电力或电子变压器类磁性元器件。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书来实现和获得。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例中，铁基非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
本实施例中非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe79Si9B12，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为79at％，类金属元素的Si和B的含量分别为9at％、12at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于1.2％。
本实施例中冷却辊外圆周表面采用砂纸轮对其进行修磨，并且使冷却辊外圆周表面粗糙度Ra始终保持在0.30～0.35μm。
在进行不同炉次之间的成分与晶化温度对比时，本实施例取10～20炉次带材进行对比和相对偏差计算。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内部的不同时间段，喷嘴包合金液的温度波动范围不大于5℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于7℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于14℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于29℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于22℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于29℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于1.5℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于3.5℃。
本实施例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为143mm，厚度为0.024mm。
实施例2
本发明实施例中，铁基非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
在进行不同炉次之间的成分与晶化温度对比时，本实施例取10～20炉次带材进行对比和相对偏差计算。
本实施例中非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe82Si4B13C1，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为82at％，类金属元素的Si、B和C的含量分别为4at％、13at％、1at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于1.8％。
本实施例中冷却辊外圆周表面采用金属毛刷轮对其进行修磨，并且使冷却辊外圆周表面粗糙度Ra始终保持在0.25～0.27μm。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于17℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于19℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于22℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于35℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于15℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于35℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于0.6℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于1.1℃。
本实施例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为213mm，厚度为0.026mm。
实施例3
本发明实施例中，铁基非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
在进行不同炉次之间的成分与晶化温度对比时，本实施例取10～20炉次带材进行对比和相对偏差计算。
本实施例中非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe83Si3B11C1P2，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为83at％，类金属元素的Si、B、C和P的含量分别为3at％、11at％、1at％、2at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于0.7％。
本实施例中冷却辊表面采用含有研磨颗粒的树脂毛刷轮对其进行修磨，并且使冷却辊表面粗糙度Ra始终保持在0.30～0.35μm。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于3℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于5℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于12℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于21℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于13℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于19℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于0.9℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于1.6℃。
本实施例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为170mm，厚度为0.026mm。
实施例4
本发明实施例中，铁基非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
在进行不同炉次之间的成分与晶化温度对比时，本实施例取10～20炉次带材进行对比和相对偏差计算。
本实施例中非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为73.5at％，过渡金属元素Cu和Nb的含量分别为1at％、3at％，类金属元素的Si和B的含量分别为13.5at％、9at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于0.6％。
本实施例中冷却辊表面采用砂纸轮对其进行修磨，并且使冷却辊表面粗糙度Ra始终保持在0.28～0.31μm。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于5℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于8℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于18℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于28℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于27℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于41℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于1.8℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于4.8℃。
本实施例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为120mm，厚度为0.014mm。
实施例5
本发明实施例中，钴基非晶纳米晶合金带材采用平面流快速凝固工艺制备，所采用的原料均为工业级纯单质或者合金，具体制备方法如下：
首先，将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液，冶炼好的合金液可浇入中间包进行温度调节及生产节奏缓冲。然后，将合金液浇入底部带有狭缝喷嘴的喷嘴包中。喷嘴包中的合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的铜合金冷却辊外圆周表面，并迅速地被冷却而形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带。
在进行不同炉次之间的成分与晶化温度对比时，本实施例取10～20炉次带材进行对比和相对偏差计算。
本实例中非晶纳米晶合金带材的原料成分为Co66Fe4Mn2V2Si8B18，其中铁磁性过渡金属元素Co和Fe的含量分别为66at％、4at％，过渡金属元素Mn和V的含量分别为2at％、2at％，类金属元素的Si和B的含量分别为8at％、18at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于0.9％。
本实施例中冷却辊表面采用砂布轮对其进行修磨，并且使冷却辊表面粗糙度Ra始终保持在0.31～0.34μm。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于13℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于5℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于9℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于14℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于13℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于23℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于0.5℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于1.2℃。
本实施例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为55mm，厚度为0.039mm。
对比例1
作为对比，还分别设置了不符合本发明范围的情况作为对比例。在该对比例中，铁基非晶纳米晶合金带材制备方法同实施例1。
本对比例铁基非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe78Si9B13，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为78at％，类金属元素的Si和B的含量分别为9at％、13at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于2.9％。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于6℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于9℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于22℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于29℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于16℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于24℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于3.3℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于6.7℃。
本对比例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为143mm，厚度为0.024mm。
对比例2
作为对比，还分别设置了不符合本发明范围的情况作为对比例。在该对比例中，铁基非晶纳米晶合金带材制备方法同实施例3。
本对比例中铁基非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe83Si3B11C1P2，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为83at％，类金属元素的Si、B、C和P的含量分别为3at％、11at％、1at％、2at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于1.3％。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于18℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于29℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于11℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于18℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于21℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于29℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于1.1℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于5.5℃。
本对比例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为170mm，厚度为0.026mm。
对比例3
作为对比，还分别设置了不符合本发明范围的情况作为对比例。在该对比例中，铁基非晶纳米晶合金带材制备方法同实施例4。
本对比例铁基非晶纳米晶合金带材的原料成分为Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9，其中铁磁性过渡金属元素Fe的含量为73.5at％，过渡金属元素Cu和Nb的含量分别为1at％、3at％，类金属元素的Si和B的含量分别为13.5at％、9at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于1.1％。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于13℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于18℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中不同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于55℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于61℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于21℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于46℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片。在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片。用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度。测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于3.5℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于7.9℃。
本对比例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为120mm，厚度为0.015mm。
对比例4
作为对比，还分别设置了不符合本发明范围的情况作为对比例。在该对比例中，钴基非晶纳米晶合金带材制备方法同实施例5。
本对比例钴基非晶纳米晶合金带材的成分为Co66Fe4V2Si8B20，其中铁磁性过渡金属元素Co和Fe的含量分别为66at％、4at％，过渡金属元素V的含量为2at％，类金属元素的Si和B的含量分别为8at％、20at％。采用直光谱仪分析合金液中各个主要元素的含量，得到不同炉次之间各主要元素的实际含量与其目标值的相对偏差(绝对偏差与其目标值的比值)绝对值不大于1.2％。
采用热电偶连续测量喷嘴包中合金液的温度，本实施例中同一炉次内不同时间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于6℃，不同炉次之间喷嘴包合金液的温度波动范围不大于9℃。
采用红外测温仪或红外热像仪连续测量辊面和带材剥离温度，本实施例中同一炉次内的不同时间段，冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于26℃，不同炉次之间冷却辊外圆周表面温度波动范围不大于35℃；同一炉次内不同时间段的带材剥离温度波动范围不大于52℃，不同炉次之间带材剥离温度波动范围不大于66℃。
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片，用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度，测量时的样品升温速率为20℃/min。本实施例中同一炉次不同部位晶化温度差值不大于4.5℃，不同炉次之间晶化温度差值不大于6.8℃。
本对比例中通过上述方法所制备的非晶纳米晶合金带材的宽度为60mm，厚度为0.038mm。
表1为合金液中各主要元素的实际含量与目标值的相对偏差及制备带材所采用的工艺参数。
Figure BDA0002786395480000131
Figure BDA0002786395480000141
在同一炉次带材长度方向和宽度方向不同部位取样并剪切成碎片，在不同炉次的相同部位取样并剪切成碎片。用差示扫描量热计(DSC)测量样品的晶化温度。测量时的样品升温速率为20℃/min。测量数据见表2。
Figure BDA0002786395480000142
从表1和表2中可以看出，当采用本发明所规定的技术方案时，带材的晶化温度一致性可达到本发明的目的，可保证后续铁心热处理工艺的一致性及铁心产品磁性能一致性。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种非晶纳米晶合金带材，其特征在于，
在同一炉次内部的带材长度及宽度方向的不同部位，带材的晶化温度差值不大于2℃；
在不同炉次之间，带材的晶化温度差值不大于5℃。
2.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，
所述非晶纳米晶合金带材原料成分具有如下的一般表达式：
XaYbZc
其中，X为铁磁性过渡金属元素Fe、Co、Ni的至少一种，总含量a在65～85at％之间；Y为过渡金属元素Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Cu、Ag、Au、Zn、及Al、Sn的至少一种，总含量b在0～10at％之间；Z为非晶形成元素Si、B、P、C的至少一种，总含量c在15～30at％之间，此外，合金中还含有总量在0～0.5at％的杂质元素。
3.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，
优选地，在同一炉次内部的带材长度及宽度方向的不同部位，所述带材的晶化温度差值不大于1℃。
4.根据权利要求1所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，
优选地，在不同炉次之间，所述带材的晶化温度差值不大于2℃。
5.根据权利要求1-4任一项所述的非晶纳米晶合金带材，其特征在于，所述带材宽度为50～300mm，厚度为10～50μm。
6.一种权利要求1-5任一项所述的非晶纳米晶合金带材的制备方法，其特征在于，
将一定配比的原料用冶炼炉熔化成合金液；
将合金液浇入底部带有喷嘴的喷嘴包中，喷嘴包中合金液温度的波动范围不大于20℃；
合金液从喷嘴中流出，铺展在喷嘴下方的高速旋转的冷却辊外圆周表面，进入熔潭之前冷却辊外圆周表面温度的波动范围不大于50℃；
合金液快速冷却，形成具有非晶或纳米晶结构的连续薄带，带材在剥离冷却辊外圆周表面时剥离温度的波动范围不大于50℃。
7.根据权利要求6所述的非晶纳米晶合金带材的制备方法，其特征在于，
优选地，进入熔潭之前所述冷却辊外圆周表面温度的波动范围不大于30℃。
8.根据权利要求6所述的非晶纳米晶合金带材的制备方法，其特征在于，
优选地，所述带材在剥离冷却辊外圆周表面时剥离温度的波动范围不大于30℃。
9.根据权利要求6所述的非晶纳米晶合金带材的制备方法，其特征在于，
所述冷却辊外圆周表面采用砂纸轮、砂布轮、金属毛刷轮或含有研磨颗粒的树脂毛刷轮对其进行修磨，并且使冷却辊外圆周表面粗糙度Ra始终保持在0.20～0.40μm之间。
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