热处理工艺对铁基非晶合金性能的影响

文章编号:1000-2634(2007)-11-0147-03

热处理工艺对铁基非晶合金性能的影响＊

宋茂林,张德芬,陈孝文,李丽

(西南石油大学材料科学与工程学院,四川成都610500)

摘要:通过对铁基非晶薄带在不同热处理工艺下的磁性能参数的比较,发现了其磁性能的变化规律,进而找到了磁性能最佳的退火热处理制度—加热温度405℃、保温时间20m i n。通过比较样品在晶化热处理前后的性能变化,找到了晶化热处理对铁基非晶合金性能的影响规律:晶化前非晶薄带的耐蚀性高;晶化后非晶薄带的显微硬度提高,但是脆性明显增加。该性能符合海上钻井平台所用配电变压器的低耗能、高耐腐蚀性要求。

关键词:铁基非晶合金;薄带;热处理;磁性能;耐腐蚀性

中图分类号:T E54 文献标识码:A

铁基非晶合金是近年来发展起来的一种新型功能材料,在电力领域具有广阔的应用前景,由它制备的配电变压器较好地符合了海上油气田节能环保、耐腐蚀性要求。在“西气东输”中的电气设计中尽量选择非晶合金变压器,就是为了保障电压质量和适应较远距离输电的需要[1]。铁基非晶合金优异的软磁性能和力学性能源于其制备过程中形成的特殊结构,而优异的软磁性能只有经过合适的热处理后才能显现出来[2-5]。本文旨在通过研究不同热处理工艺对铁基非晶合金软磁性能的影响,找到适合于工业生产的最佳热处理工艺,从而为企业制定热处理制度提供依据,同时也为铁基非晶合金在油气田电气设备上的应用提供实验依据。

1　样品的制备和实验方法

1.1　样品的制备及热处理

利用单辊急冷法制成非晶薄带F e80S i9B11,绕制成环状铁芯后在无磁不锈钢管式炉中进行退火热处理。整个热处理过程采用氮气保护。

首先在390～420℃温度内每间隔5℃选取1个温度,共7个,保温时间为15m i n进行热处理,然后检测其磁性能,确定出最佳热处理温度;其次在最佳热处理温度下,保温时间在5～30 m i n内每间隔5m i n选取1个时间,共6个,进行热处理,然后检测其磁性能,确定出最佳保温时间。

然后,在加热温度580℃、保温时间为20m i n条件下进行热处理。进而研究晶化前后非晶合金硬度及耐腐蚀性能的变化规律。

1.2　磁性能的测量

使用直流电源、C D-4型直流磁性测量仪、冲击检流计测量样品的静态磁性能,进而测出静态磁性参量:饱和磁感应强度B s、剩余磁感应强度B r、矫顽力H c等;再采用共地三电压法测量样品的动态磁性能参数即铁损P。

1.3　显微硬度测试

本实验采用H X D-1000T M B型数字式显微硬度计测量显微硬度。

1.4　耐腐蚀性测试

采用电化学方法测定样品的电化学极化曲线,辅助电极与参比电极分别为铂片和饱和甘汞电极;采用Z F-9恒电位仪、Z F-4电位扫描信号发生器和Z F-10B数据采集器;试验溶液为5%的N a C l溶液;使用O r i g i n软件绘图和解析数据。

2　结果与分析

2.1　F e80S i9B11非晶合金退火后的磁性能变化

(1)不同加热温度下的磁性能参数变化规律

加热温度分别为:390、395、400、405、410、415、420℃,保温时间15m i n下B s、B r、H c与P1.3T/50H Z值的变化规律见图1～4:

　第29卷 西南石油大学学报 V o l.29

2007年　11月 J o u r n a l o f S o u t h w e s t P e t r o l e u mU n i v e r s i t y N o v　2007

＊收稿日期:2007-09-30

作者简介:宋茂林(1984-),男(汉族),山西平遥人,材料科学与工程2003级本科生。

由图1～4可知,样品在保温时间为15m i n,加热温度为405℃下的B s、B r最大,H c、铁损P最小。

(2)不同保温时间下的磁性能参数变化规律

加热温度为405℃,保温时间分别为5、10、15、20、25、30m i n下B s、B r、H c与P1.3T/50H Z值的变化规律与相同保温时间、不同加热温度下的磁性能参数变化规律相同,即在保温时间为20m i n条件下的磁性能参数最佳。

一般认为[2]铁基非晶合金损耗小的主要原因为:铁基非晶合金是非晶态,原子排列是随机的,不存在原子定向排列产生的磁晶各向异性,也不存在产生局部变形和成分偏移的晶粒边界,因此,妨碍畴壁运动和磁矩转动的能量壁垒非常小,具有前所未有的软磁性,所以磁导率高,矫顽力小,损耗低[6,7]。

2.2　F e80S i9B11非晶合金580℃晶化前后显微硬度

的变化

经过580℃晶化处理后,X-r a y衍射图谱上出现了尖锐的衍射峰,表明样品经580℃处理后已基本晶化。晶化前后显微硬度值及45#钢对比值如表1所示。

从表1中可以看出,热处理后的铁基非晶样品的硬度明显提高,而且还可以看出铁基非晶合金的硬度高于普通钢。

表1　晶化前后显微硬度值及对比(单位:H V)

项　目123平均

热处理前940926958941

热处理后1150109811891145

45#钢540569552553

存在这种现象的原因可以用在退火过程中的结构弛豫过程来解释[8,9]:经驰豫后,原子本身的内能有所降低,处于相对稳定状态,从而使得硬度升高。而非晶带材变脆是因为在高于晶化温度或延长保温时间时,当合金内部的自由体积降到某一临界值以下时,剩余自由体积便不足以维持其延性行为,从而出现退火脆性。

2.3　F e80S i9B11非晶薄带的耐腐蚀性能

铁基非晶合金在热处理前后,在5.0%N a C I溶液中的极化曲线如图5所示。

由图5可以看出:热处理前后的非晶合金在开路电位以上的阳极电流密度都随阳极极化电位的升高而急剧的增加。但在-900～-600V,热处理前

148西南石油大学学报 2007年