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1、10申请公布号CN101935742A43申请公布日20110105CN101935742ACN101935742A21申请号201010288806722申请日20100921C21D1/2620060171申请人中国矿业大学地址221116江苏省徐州市大学路1号中国矿业大学72发明人刘海顺杨卫明窦林名54发明名称一种制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法57摘要本发明建立了纳米晶软磁合金晶粒尺寸、磁导率与退火温度之间的关系模型，指出纳米晶软磁合金的理想退火温度约为合金熔点值的06倍，以此为基础提供了一种快速制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法首先通过差式扫描量热仪测量出非晶合金样品的熔点TM。
2、，再对该非晶合金进行等温退火1小时，理想退火温度T06TM06TM10。以本发明快速确定的理想退火条件下制备的纳米晶软磁合金，其磁导率较高，软磁性能优异；本发明对于现有的在不同温度下尝试对样品进行退火，再根据磁导率的变化确定理想退火温度的方法，无疑将简化实验工序，节省制备时间，降低研制成本。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图2页CN101935742A1/1页21一种制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法，其特征是对非晶合金进行等温退火，退火温度T06TM06TM10，其中TM为所述合金熔点值。2如权利要求1所述的退火方法，其特征是退火温度。
3、T06TM06TM65。3如权利要求1所述的退火方法，其特征是退火温度T06TM。4如权利要求1、2或3所述的退火方法，其特征是退火时，把非晶合金加热至退火温度，保温40MIN80MIN，然后冷却。5如权利要求4所述的退火方法，其特征是退火时，把非晶合金加热至退火温度，保温60MIN，然后冷却。6如权利要求1、2或3所述的退火方法，其特征是在退火前，通过差式扫描量热仪测量出非晶合金的熔点。权利要求书CN101935742A1/5页3一种制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法技术领域0001本发明涉及一种制备纳米晶软磁合金的退火方法。背景技术0002纳米晶软磁合金是在非晶母体基础上经过退火处理得到。
4、的一种具有特殊双相结构的材料，由非晶基底及镶嵌于其上的纳米晶粒组成，具有极为优异的软磁性能，自发现以来一直受到物理和材料学界研究人员的广泛关注。磁导率是表征软磁材料磁学特性最重要的物理量之一。一般认为，退火温度与纳米晶软磁合金磁导率的关系密切，但是到目前为止也没有理论研究得出纳米晶软磁合金磁导率与退火温度之间的具体关系。现在，制备性能优异纳米晶软磁合金的主要手段仍是在不同温度下尝试对样品进行退火，根据软磁性能，特别是磁导率的变化确定其理想退火温度。该方法制备周期长、制备少量软磁性能优异的纳米晶合金，需要消耗大量的非晶合金材料，既浪费了时间又增加了生产成本。如果能建立磁导率与退火温度之间的关系，。
5、预先确定理想退火温度，无疑将减少实验工序与时间、降低优异软磁性能纳米晶合金的研制成本，更好地指导纳米晶软磁合金的研制，以制备出性能更加优异的纳米晶软磁合金，更有利于推广应用。发明内容0003本发明的目的是提供一种制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法。0004本制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法是，对非晶合金进行等温退火，理想退火温度T06TM06TM10，其中，TM为所述合金熔点值。0005本发明是有益效果1、以本发明的方法制备纳米晶软磁合金，其软磁性能优异。2、本发明揭示出了磁导率与退火温度之间的关系，能够预先确定理想退火温度。这对于现有的在不同温度下尝试对样品进行退火，根据磁导率的变化确。
6、定其理想退火温度的方法，无疑将减少实验工序与时间，降低研制成本。0006上述的退火方法，优选退火温度T06TM06TM65；最好退火温度T06TM。0007上述的退火方法，退火时，把非晶合金加热至退火温度，保温40MIN80MIN，优选保温60MIN，然后冷却。若等温退火时间太短，非晶合金并没有完全形成纳米晶，材料的性能不理想；若退火时间太长，晶化形成的纳米晶晶粒尺寸过大，材料的软磁性能降低。0008上述的退火方法，确定非晶合金的熔点的方法很多，优选在退火前，通过差式扫描量热仪测量出非晶合金的熔点。0009下面展开阐述本发明的理论依据和实施效果0010非晶相在热力学上是不稳定的，一定温度下的退。
7、火将使之晶化。非晶晶化机制认为，晶化过程是由形核和晶核长大两个基本过程组成，这两个过程都是通过原子从非晶态向晶胚表面扩散来完成，是不可再分的基本过程单元。纳米晶合金是在非晶基底上晶化形成的特殊双相结构，非晶退火晶化形成纳米晶的过程中，若不考虑退火时间的影响，退火温说明书CN101935742A2/5页4度T与形核速率I和晶核长大速率U的关系可分别表示为001100120013其中SM为熔化熵；TM为合金的熔点；R为理想气体常数；EN和EG分别为形核激活能和核长大激活能；U0、I0、为常数。形核速率和晶核长大速率与退火温度的关系，如图1所示。0014可见，在非晶合金退火晶化过程中存在一个特殊的温。
8、度范围，其间形核速率大而晶核长大速率小，在此条件下退火有利于细小晶粒的形成，易形成纳米晶结构的合金。非晶合金在不同温度下退火形成纳米晶合金的晶粒尺寸D由形核速率I和晶核长大速率U共同决定，可表示为00150016因此，纳米晶软磁合金的晶粒尺寸D与退火温度T的关系可表示为00170018通常情况下，纳米晶软磁合金的形核激活能EN和核长大激活能EG数值很接近，满足ENEGRT；又由于退火过程中纳米晶软磁合金的熔化熵SM的值很大，则的值趋近于1。令D0为常数，式4可进一步表示为00190020可见，纳米晶软磁合金的晶粒尺寸随退火温度的变化而变化。而纳米晶软磁合金晶粒尺寸的微小变化将导致其软磁性能的迅。
9、速改变，磁导率随晶粒尺寸的增大而减小、减小而增大。随机各向异性理论指出，纳米晶软磁合金磁导率与晶粒尺寸D的具体关系可表示为00210022其中PU为常数；0为真空磁导率；K1为磁晶各向异性常数；JS为饱和磁极化强度；A为交换劲度系数。0023将式5代入式6可得退火过程中纳米晶软磁合金磁导率与退火温度T的关系为00240025令则式7又可进一步表示为说明书CN101935742A3/5页500260027考虑到退火过程中纳米晶软磁合金的SM、TM及其铁磁相磁特性参数JS、K1、A的变化不大，则参数M、N为与纳米晶软磁合金自身性质相关的常数。以上分析表明，退火过程中纳米晶软磁合金的晶粒尺寸和磁导率。
10、的变化主要来自退火温度的影响。0028由式5可得，退火过程中纳米晶软磁合金晶粒尺寸随退火温度的变化00290030由式9可知，当退火温度T06TM时，即退火温度约为合金熔点的06倍时，纳米晶软磁合金的晶粒尺寸最小；当T06TM时，晶粒尺寸随退火温度升高而减小；当T06TM时，合金晶粒尺寸随退火温度升高而增大。0031由式7可得退火过程中纳米晶软磁合金磁导率随退火温度的变化00320033由式10可知，当退火温度T06TM时，磁导率取最大值；当T06TM时，其磁导率随退火温度升高而增大；而当T06TM时，磁导率又随退火温度升高而减小。0034如上所述，在不同温度下退火，当纳米晶软磁合金的晶粒尺寸。
11、达最小值时，磁导率达最大值。由式9、10可知，晶粒尺寸最小、磁导率最大值时的退火温度T06TM，即纳米晶软磁合金的理想退火温度约为合金熔点的06倍。0035上述结果表明，不同温度下退火的纳米晶软磁合金的软磁性能主要取决于合金的晶粒尺寸；纳米晶软磁合金磁导率随退火温度升高之所以先增大后减小正是因为其晶粒尺寸随退火温度升高先减小后增大；当退火温度约为合金熔点的06倍时，合金的晶粒尺寸最小，而磁导率最大；退火温度主要通过影响纳米晶软磁合金的微结构影响其软磁性能。附图说明0036图1是形核速率和晶核长大速率与退火温度的关系示意图0037图2是FE735CU1NB3SI135B9合金中纳米晶粒尺寸与退火。
12、温度的关系示意图0038图3是FE735CU1NB3SI135B9合金磁导率与退火温度的关系示意图0039图4是实施等温退火示意图具体实施方式0040实施例1FE735CU1NB3SI135B9纳米晶软磁合金0041利用差式扫描量热仪测得FE735CU1NB3SI135B9非晶合金的熔点约1400K，根据纳米晶软磁合金的退火温度为合金熔点的06倍，则在理论上在退火温度为840K左右退火纳米晶软磁合金的晶粒尺寸最小、软磁性能优异。实际上利用X射线衍射法XRD观测到退火温度大于743K时，FE735CU1NB3SI135B9合金中FESI纳米晶的平均晶粒尺寸随退火温度存在如下变化趋势首先FESI相。
13、晶粒尺寸随退火升高而减小，当退火温度约为823K时，晶粒尺说明书CN101935742A4/5页6寸达到最小值，约为15NM；而后随着退火温度的继续升高，其晶粒尺寸又随退火温度的升高而增大。温度为823K时退火样品的平均晶粒尺寸明显小于温度为743K时退火样品的晶粒尺寸。令SM/4RQ，由式5拟合可得该纳米晶合金晶粒尺寸随退火温度变化的理论曲线，如图2所示。可见，实验结果与本发明的结论是一致的。0042FE735CU1NB3SI135B9纳米晶软磁合金磁导率随退火温度的变化关系，退火温度约为825K时，该合金的磁导率达到最大值，与晶粒尺寸最小值时对应的退火温度吻合的很好。由式8拟合可得该合金磁。
14、导率随退火温度变化的理论曲线，通过曲线，可以发现磁导率先随退火温度升高而增大，当退火温度高于某一值后，又随退火温度的升高而减小，如图3所示。可见，实验事实与本发明的理论研究结果符合得很好。0043实施例20044利用差示扫描量热仪测出表1中不同非晶合金的熔点TMEXP，根据TOPTCAL06TMEXP计算得出TOPTCAL为退火温度值计算值。在不同温度下尝试对样品加热至退火温度、保温1小时、然后自然冷却至常温参见图4进行退火，根据磁导率的变化确定出理想退火温度实验值TOPTEXP得到的样品磁导率最大时退火温度即为理想退火温度实验值TOPTEXP。计算出相对误差TOPTCALTOPTEXP/TO。
15、PTEXP100，各有关数据见表1。0045可以看出，对于不同种纳米晶软磁合金，本方法确定的理想退火温度值TOPTCAL与理想退火温度实验值TOPTEXP二者吻合得很好，最大误差不超过61。0046表1本方法确定的纳米晶软磁合金理想退火温度值与实验值的比较00470048本发明在随机各向异性理论的基础上，结合晶核形成及生长理论，研究纳米晶软磁合金晶粒尺寸与磁导率随退火温度的变化规律，建立了纳米晶软磁合金晶粒尺寸、磁导率与退火温度之间的关系模型，指出纳米晶软磁合金的理想退火温度约为合金熔点值的06倍，该模型很好的解释了退火过程中纳米晶软磁合金晶粒尺寸随退火温度升高先减小后增大、磁导率先增大后减小。
16、的物理机制。不同温度下退火纳米晶软磁合金的磁导率主要取决于晶粒尺寸的大小，晶粒尺寸最小时，磁导率最大，退火温度通过影响纳米晶的微结构影响其软磁性能。以此为基础提供了一种快速制备优异软磁性能纳米晶合金的退火方法首先通过差式扫描量热仪测量出非晶合金样品的熔点TM，再对该非晶合金进行等温退火1小时，退火温度T06TM06TM10。以本发明快速确定的退火条件下制备的纳米晶软磁合金，其磁导率较高，软磁性能优异；本发明对于现有的在不同温度下尝试对样品进行退火，再根据磁导率的变化确定退火温度的方法，无疑将简化实验工序，节省制备时间，降低研制成本。0049理想退火温度即最佳退火温度，是本专利的核心所在，之所以叫理想退火温度是说明书CN101935742A5/5页7因为在该温度退火合金的软磁性能最优异，也正是在这个基础上，才提出了制备纳米晶软磁合金的退火方法，在该退火温度下退火制备出的纳米晶合金性能比其它退火温度下制备出的更好，因此称为理想退火温度。说明书CN101935742A1/2页8图1图2说明书附图CN101935742A2/2页9图3图4说明书附图。