为了获得优异的软磁性能,特别是低矫顽磁场强度Hc、高矫顽磁化强度Bs,铁基非晶合金通常需要采用高速热退火工艺。虽然该技术在薄带材加工中效果显著,但在工业规模生产中面临重大挑战,特别是对于大尺寸环形铁芯而言。快速加热常导致结晶不均匀,造成铁芯内外层微观结构失衡,最终影响磁性能。
为解决上述问题,中国科学院宁波材料技术与工程研究所张岩、王军强与松山湖材料实验室童星等通过单步低升温速率退火工艺,解决了纳米晶磁芯在产业化应用中存在的结构不均匀、磁性能不稳定等问题,成功制备出具有高饱和磁感应强度、低矫顽力和低损耗特性的块体环形磁芯。相关研究成果以“Excellent soft magnetic Fe-based nanocrystalline bulk toroidal cores via one-step low-heating-rate annealing”为题在《中国科学:物理学 力学 天文学》英文版(SCIENCE CHINA Physics,Mechanics&Astronomy,SCPMA)上发表。研究人员调查了不同退火条件下铁基非晶合金带材和块状环形芯的微观结构及软磁性能。仅以极低加热速率对块状/大尺寸磁环进行退火处理,仍可获得优异的磁性能,这符合工业块状/大尺寸芯体的热处理要求。
研究发现最佳退火条件为:退火温度395°C、退火时间1小时、升温速率10°C/分钟。结果分析表明,缓慢退火工艺适合获得均匀微观结构,而快速退火工艺因引发较大的温度梯度会导致结构不均。该工艺不仅降低了生产成本,还制得性能优异的软磁合金。