【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Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9（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，Pcm（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Pcm=0.5f1.42Bm2.27，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Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7和Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9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μi=6.93×104，μm＝40.4×104，Hc=0.34 A/m。B9合金μi=4.74×104，μm＝23.7×104，Hc=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Pcm（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Fe73.5Cu1Nb3Si15.5B7合金的损耗，其最低值Pcm（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Pcm=0.5f1.42Bm2.27，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.往期回顾
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审核：方彤
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