【精彩论文】FeCuNbSiB纳米晶合金软磁性能的热处理工艺调控研究

观点凝练

摘要：为满足大容量高频变压器对大尺寸纳米晶铁芯低损耗需求，探索了50 mm高纳米晶铁芯的热处理工艺，研究了2种典型纳米晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇和Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉（简称B₇和B₉）的热处理温度（330~600℃）对铁芯静态和动态磁性能的影响规律。结果表明：B₇和B₉合金在420℃退火已开始纳米晶化，要远早于通常认为的500℃。2种合金分别在550、580℃退火具有最低的铁芯损耗；而分别在500、550℃退火具有最优的静态磁性能，即最高的磁导率和最低的矫顽力。经施加横向磁场退火后，B₇合金的损耗进一步降低，P_cm（0.5T/20k）达到7.3W/kg，为目前报道的最低铁芯损耗。根据系列数据建立了铁芯损耗分形公式为P_cm=0.5f^1.42B_m^2.27，预测的准确性得到了实验结果的验证。
结论：研究了不同温度退火对纳米晶合金Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇和Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_13.5B₉组织结构和软磁性能的影响规律，获得了目前已知最低的铁芯损耗，总结如下。

（1）随退火温度升高，两种合金的磁化曲线经历了圆弧形、L形、陡峭L形和直线形的形状变化，分别对应了合金难磁化、较易磁化、易磁化和极难磁化4个不同阶段的状态；

（2）随退火温度升高，2种合金的饱和磁致伸缩系数呈现先增加、在420°C达到一峰值后迅速减小、然后再增加的“N”字形规律。其中B₉合金的饱和磁致伸缩系数经550°C退火达到最小值5.41×10^–6，B₇合金经530°C退火获得的磁致伸缩系数更小，为1.83×10^–6；

（3）B₇和B₉合金分别经500、550°C退火后，静态磁性能最佳，即最高的初始磁导率和最大磁导率，以及最低的矫顽力。其中B₇合金μ_i=6.93×10⁴，μ_m＝40.4×10⁴，H_c=0.34 A/m。B₉合金μ_i=4.74×10⁴，μ_m＝23.7×10⁴，H_c=0.51 A/m；

（4）磁致伸缩和磁化曲线结果表明，这两种纳米晶合金在420°C退火时开始析出α-Fe(Si)相，远早于普遍认为的500°C；

（5）B₇和B₉合金分别经550、580°C无磁退火具有最优的动态磁性能，其损耗P_cm（0.5 T/20 kHz）分别为11.4 W/kg、21.6 W/kg；

（6）采用横向磁场退火能进一步降低Fe_73.5Cu₁Nb₃Si_15.5B₇合金的损耗，其最低值P_cm（0.5 T/20 kHz）为7.3 W/kg，铁芯高度50 mm；

（7）经横向磁场退火的B₇合金铁芯在不同频率和磁感下的损耗分形预测公式为P_cm=0.5f^1.42B_m^2.27，其预测的准确性得到了实测结果证实。

引文信息

董帮少, 周少雄, 支起铮, 等. FeCuNbSiB纳米晶合金软磁性能的热处理工艺调控研究[J]. 中国电力, 2022, 55(2): 200-208.DONG Bangshao, ZHOU Shaoxiong, ZHI Qizheng, et al. Heat-treatment optimizing study on soft magnetic properties of FeCuNbSiB nanocrystalline alloys[J]. Electric Power, 2022, 55(2): 200-208.

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编辑：杨彪

审核：方彤、蒋东方

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