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Fe基合金薄带电流应力退火感生磁各向异性机理研究

孟繁雪  
【摘要】:Fe基软磁合金,因其磁导率和电导率高、矫顽力和损耗低等优异的软磁性能,被誉为人类人工合成的最佳材料。因此被广泛应用在电力电子领域,最具代表性的是在变压器和电机中的应用。但是,据理论预测,Fe基软磁合金替代硅钢等传统软磁材料应用于变压器和电机应具有更高效率提升,但在实际应用中,Fe基软磁合金制备的变压器和电机的效率提升并没有达到理论预期。Fe基软磁合金对应力敏感,在应力作用下会感生磁各向异性,但应力敏感的机理尚未解决。本文采用跟踪观测Fe基合金薄带焦耳热应力退火及多次回火过程中样品应变,利用gaosuo视频录像原位监测Fe基合金薄带在焦耳热应力退火及多次回火过程的宏观伸长量,利用上海同步辐射光源,测出Fe基合金薄带的晶格各向异性。由HP4294阻抗仪分别测量经焦耳热应力退火和不同次数回火样品的纵向驱动巨磁阻抗曲线,并由巨磁阻抗曲线计算各样品的磁各向异性场。最后对Fe基合金薄带应力感生的磁各向异性机理进行分析。研究结果如下:1.焦耳热应力退火会感生显著的磁各向异性(1)铸态非晶薄带进行应力退火(非晶应力退火)所感生的磁各向异性场与应力呈现线性关系△Hψ = 21σ + 179,伸长量与应力也呈线性关系Al= 0.03σ-0.045。(2)铸态非晶薄带经自由退火形成的纳米晶薄带再进行应力退火(纳米晶应力退火)所感生的磁各向异性场与应力呈线性关系AHψ=9.58σ + 266,伸长量与应力也呈线性关系。2.应力退火感生的磁各向异性场△l = 0.003σ-0.24难以用有限次回火消除(1)相同退火条件,非晶应力退火感生的磁各向异性场是纳米晶应力退火感生的磁各向异性场的2.1倍,多次回火后非晶应力退火残余的磁各向异性场是纳米晶应力退火残余的磁各向异性场的2.5倍。(2)非晶应力退火后多次回火感生的磁各向异性场消除了 73.5%,剩余26.5%;纳米晶应力退火后多次回火感生的磁各向异性场消除78.5%,剩余21.5%。(3)应力退火感生的磁各向异性不能用回火的方法完全消除,应力退火感生的晶格各向异性可通过回火的方法完全消除。(4)非晶应力退火后多次回火宏观伸长量消除了 2.9%,残余97.1%;纳米晶应力退火后多次回火宏观伸长量消除38.9%,残余61.5%。3.回火电流与应力退火感生磁各向异性场减退速度的关系(1)残余磁各向异性与回火电流的关系通过拟合后满足方程α = a + be-n/c。(2)在不出现过晶化的情况下,回火电流密度越大,残余的磁各向异性场越小,但是回火是不能完全消除磁各向异性的。(3)回火电流小于退火电流时,经多次回火趋于稳定的残余磁各向异性场为应力退火感生磁各向场的94.3%。回火电流大于退火电流时,经多次回火趋于稳定的残余磁各向异性场为应力退火感生磁各向场的26.5%。(4)当回火电流密度在35.2≤J 37.5之间,磁各向异性释放的速度大,回火效果最好。(5)当回火电流密度J≥38.5时,薄带出现过晶化现象。4.应力退火感生磁各向异性机理焦耳热应力退火感生的磁各向异性是滞弹性和塑性形变引起的,因为滞弹性导致的晶格各向异性可通过回火的方法消除,而由于非晶基底的塑性形变使纳米晶粒分布各向异性而产生的各向异性场难以用回火的方法消除,因应力作用在纳米晶残余应力占78%,蠕变占22%。现有工艺中用回火的方法消除应力作用存在缺陷,退火过程中产生的磁各向异性抑制非晶软磁性能的发挥,需要开发新的制作工艺,本文研究结果具有重要的指导意义。


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