減少了表面突起的鐵磁非晶合金帶材及其鑄造方法和應用的制作方法

專利名稱：減少了表面突起的鐵磁非晶合金帶材及其鑄造方法和應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及在變壓器鐵芯、旋轉機械裝置、電扼流圈(electrical choke)、磁傳感器和脈沖電源設備中使用的鐵磁非晶合金帶材，還涉及該帶材的制造方法。
背景技術：
基于鐵的非晶合金帶材表現出優良的軟磁特性，優良的軟磁特性包括:在AC激勵下的磁損耗低；能夠應用于諸如變壓器、電動機、發電機、能量管理設備(其包括脈沖電源發生器)和磁傳感器等能效磁設備(energy efficient magnetic device)中。在這些設備中，具有高的飽和感應強度和高的熱穩定性的鐵磁材料是優選的。而且，在大規模工業應用中，材料易于制造以及它們的原材料成本都是重要的因素。基于非晶Fe-B-Si的合金滿足上述這些要求。然而，這些非晶合金的飽和感應強度小于在諸如變壓器等設備中傳統地使用的晶體娃鋼(crystalline silicon steel)的飽和感應強度,這在某種程度上導致了基于非晶合金的設備具有更大的尺寸。因而，一直在為開發出具有更高的飽和感應強度的非晶鐵磁合金進行著各種努力。一種途徑就是增加基于Fe的非晶合金中的鐵含量。然而，這并不是簡單易行的，因為這類合金的熱穩定性隨著Fe含量的增加而降低。為了緩解這個問題，曾經添加了諸如Sn、S、C和P等元素。例如，美國專利N0.5，456，770 (稱為'770專利)披露了非晶Fe-S1-B-C-Sn合金，在該類合金中，Sn的添加增加了這類合金的可成形性和它們的飽和感應強度。在美國專利N0.6，416，879(稱為'879專利)中披露了在非晶Fe-S1-B-C-P體系中添加P，且以增加的Fe含量來增大飽和感應強度。然而，在基于Fe-S1-B的非晶合金中諸如Sn、S和C等元素的添加降低了鑄造而成的帶材的延展性(ductility),這導致難以制造出寬的帶材。此外，如同^ 879專利中披露的那樣，在基于Fe-S1-B-C的合金中添加P會導致長期熱穩定性的喪失，這繼而會導致磁芯損耗在數年內增大幾十個百分t匕。因此，'770專利和'879專利中所披露的非晶合金實際上尚未通過從它們的熔融狀態進行鑄造而制造出來。除了在諸如變壓器、感應器之類的磁設備中所需的高的飽和感應強度之外，高的B-H方形比(B-H squareness ratio)和低的矯頑力H。也是所期望的,其中B和H分別是磁感應強度和激勵磁場。其原因在于:這類磁性材料具有高程度的磁性軟度，即意味著易于磁化。這導致了在使用這些磁性材料的磁設備中具有低的磁損耗。在意識到這些因素的情況下，本申請的發明人發現:通過在如美國專利N0.7，425，239中描述的非晶Fe-S1-B-C體系中以一定的水平對Si: C的比率進行選擇，從而將帶材表面上的C沉積層保持為一定厚度，由此實現了這些所期望的除了高的帶材延展性之外的磁特性。而且，在日本專利公開N0.2009052064中提出了高飽 和感應強度的非晶合金帶材，該帶材通過在合金體系中添加Cr和Mn來控制C沉積層的高度，由此該帶材表現出改善的熱穩定性，即在設備以150°C運行的情況下高達150年的熱穩定性。然而，所制造出來的帶材在面對著移動的冷卻體(chill body)表面的帶材表面上呈現出許多突起。圖1中示出了突起的典型例子。美國專利N0.4，142，571中圖示了鑄造用噴嘴、旋轉輪上的冷卻體表面和所得到的經鑄造而成的帶材的基本布置。根據對突起的性質及突起的形成的仔細分析，已經發現:當突起的高度大于帶材厚度的四倍時和/或當沿著帶材長度方向每1.5m內的突起數量大于10個時，帶材“封裝因子(packing factor ;PF) ”減小。這里，當帶材被堆疊或層壓時,封裝因子PF是由帶材的有效體積來確定的。當需要更小的磁性元件時，在磁性元件中使用堆疊或層壓產品的時候就期望更高的PF。因而，需要如下這樣的鐵磁非晶合金帶材:其表現出高的飽和感應強度、低的磁芯損耗、高的B-H方形比、高的機械延展性、高的長期熱穩定性、以及在高水平的帶材可制造性情形下減少了的帶材表面突起數量，這是本發明的目標。更具體地，通過在鑄造期間對鑄造出來的帶材的表面品質的全面研究，已得到了如下發現:當突起高度超過帶材厚度的四倍時或當在經鑄造而成的帶材的1.5m長度范圍內突起數量大于10個時，為了滿足封裝因子PF >82% (此為工業中所要求的最小PF)的條件，不得不終止鑄造。一般情況下，突起的高度和數量隨著鑄造時間的延長而增加。對于具有小于1.6T的飽和感應強度Bs的傳統非晶合金帶材而言，在突起高度超過帶材厚度的四倍之前或在鑄造出來的帶材的每1.5m長度內突起數量增加到10之前，帶材鑄造時間大約是500分鐘。對于Bs > 1.6T的非晶合金帶材而言，鑄造時間通常被縮短至大約120分鐘，這導致25%的鑄造終止率。因此，顯然需要闡明突起形成的原因并且對其進行控制，這是本發明的另一方面
發明內容
根據本發明的各個方面，一種鐵磁非晶合金帶材是由如下的合金鑄造而成的:該合金具有由FeaSibBeCd表示的成分且具有附帶雜質，這里80.5原子a < 83原子％、0.5原子b ^ 6原子％、12原子c ^ 16.5原子％、(λ 01原子d ( I原子％且a+b+c+d= 100。所述帶材是在冷卻體表面上從所述合金的熔融狀態鑄造而成的，該熔融狀態下的所述合金具有1.lN/m以上的熔融合金表面張力。所述帶材具有帶材長度、帶材厚度和面對著所述冷卻體表面的帶材表面。所述帶材具有在面對著所述冷卻體表面的所述帶材表面上形成的帶材表面突起，且所述帶材表面突起是在突起高度和突起數量方面被測量的。所述突起高度大于3μπι且小于所述帶材厚度的四倍，且在所述帶材長度的1.5m范圍內所述突起數量小于10。在經過退火的直條(straight strip)形式下,所述帶材具有超過1.60T的飽和磁感應強度，并且當在60Hz及1.3T感應強度水平下測量時表現出小于
0.14ff/kg的磁芯損耗。根據本發明的一個方面，在所述帶材的成分中，所述Si的含量b和所述B的含量c按照如下關系與所述Fe的含量a和所述C的含量d相關聯:b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及 c ( a-66.5 X (100-d)/100。根據本發明的另一個方面，在所述帶材中，所述Fe的至多20原子％視需要被Co替換，且所述Fe的至多10原子％視需要被Ni替換。根據本發明的另一個方面，所述帶材還包括微量元素以減少在帶材的冷卻體側的帶材表面突起,所述微量元素是Cu、Mn和Cr中的至少一者。所述微量元素的濃度是:Cu在
0.005重量％ 0.20重量％的范圍內，Mn在0.05重量％ 0.30重量％的范圍內，以及Cr
在0.01重量％ 0.2重量％的范圍內。
根據本發明的另一個方面，所述帶材是由在處于1250°C 1400°C之間的溫度下的熔融狀態的所述合金鑄造出來的。優選的溫度處于1280°C 1360°C的范圍內。根據本發明的另一個方面，所述帶材是在如下的環境氛圍中被鑄造而成的:該環境氛圍在熔融合金-帶材界面處含有小于5體積％的氧。根據本發明的另一個方面，所述熔融合金表面張力在1.lN/m以上。根據本發明的又一個方面，一種卷繞式磁芯包括鐵磁非晶合金帶材和磁芯，使得所述帶材被卷繞成所述磁芯。根據本發明的再一個方面，所述卷繞式磁芯是變壓器鐵芯。根據本發明的再一個方面，在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中經過退火之后，所述卷繞式變壓器鐵芯在60Hz及1.3T感應強度下表現出小于0.3ff/kg的磁芯損耗和小于0.4VA/kg的勵磁功率。根據本發明的又一個方面，所述卷繞式磁芯的所述帶材是由所述合金鑄造而成的，所述合金具有由FeaSibBeCd表不的化學成分，這里81原子％ ^ a ^ 82.5原子％、
2.5原子％ < b < 4.5原子％、12原子％彡c彡16原子％、0.01原子％彡d彡I原子％且a+b+c+d = 100，所述合金還滿足如下關系b彡166.5X (100-d)/100-2a以及c ( a-66.5 X (100-d)/100,所述合金還包括微量元素,所述微量元素是Cu、Mn和Cr中的至少一種元素。所述Cu的含量為0.005重量％ 0.20重量％ ,所述Mn的含量為0.05重量％ 0.30重量％,并且所述Cr的含量為0.01重量％ 0.2重量％。根據本發明的又一個方面，所述卷繞式磁芯的所述帶材已經在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中進行了退火，且所述帶材在60Hz及1.3T感應強度下表現出小于0.25W/kg的磁芯損耗和小于0.35VA/kg的勵磁功率。所述卷繞式變壓器鐵芯在300°C 335°C的溫度范圍內被退火。根據本發明的再一個方面，在室溫下，所述卷繞式變壓器鐵芯的所述鐵芯在高達
1.5 1.55T的感應強度水平下運行。根據本發明的再一個方面，所述鐵芯具有環形形狀或半環形形狀。根據本發明的再一個方面，所述鐵芯具有臺階式搭接接頭(step-lap joint)。根據本發明的再一個方面，所述鐵芯具有重疊式搭接接頭(over-lap joint)。根據本發明的另外一個方面，一種鐵磁非晶合金帶材的鑄造方法，其包括:選擇合金，所述合金具有由FeaSibBeCd表示的成分，這里80.5原子％<&<83原子％、0.5原子％
^ 6原子％、12原子c ^ 16.5原子％、0.01原子d彡I原子％且a+b+c+d =100，并且所述合金具有附帶雜質；在冷卻體表面上從熔融狀態的所述合金進行鑄造，所述熔融狀態下的所述合金具有1.lN/m以上的熔融合金表面張力；獲得所述帶材，所述帶材具有帶材長度、帶材厚度和面對著所述冷卻體表面的帶材表面；所述帶材具有在面對著所述冷卻體表面的所述帶材表面上形成的帶材表面突起，且所述帶材表面突起是在突起高度和突起數量方面被測量的。所述突起高度大于3 μ m且小于所述帶材厚度的四倍，并且在所述帶材長度的1.5m范圍內所述突起數量小于10。在經過退火的直條形式下，所述帶材具有超過1.60T的飽和磁感應強度，并且當在60Hz及1.3T感應強度水平下測量時表現出小于
0.14ff/kg的磁芯損耗。


通過參考下述的對優選實施例的詳細說明以及附圖，能夠更全面地理解本發明，且本發明的其它優點將變得更加明顯。在這些附圖中:圖1是圖示了面對著移動的冷卻體的冷卻體表面的帶材表面上的典型突起的圖片。圖2是圖示了在面對著鑄造出來的帶材的鑄造氛圍側的帶材表面上觀察到的波狀圖案的圖片，其中數值λ是該波狀圖案的波長。圖3是在Fe-S1-B相圖上給出了熔融合金表面張力的圖，其中所示出的數字以N/m為單位表示熔融合金表面張力。圖4示出了熔融合金表面張力與在熔融合金-帶材界面附近的氧濃度的關系。圖5示出了每1.5m的鑄造出來的帶材的突起數量與熔融合金表面張力的關系。圖6圖示了具有重疊式搭接接頭的變壓器鐵芯。圖7 示出 了對于磁芯中的非晶 Fe81.,Si2B16C0.3> Fe81.,Si3B15C0.3 Fe8h7Si4B14Ca3 合金帶材，在60Hz激勵和1.3T感應強度下的勵磁功率與退火溫度的關系，其中這些帶材以沿著帶材長度方向施加的2000A/m磁場進行了一小時退火。圖8 示出 了對于磁芯中的非晶 Fe81.,Si2B16C0.3> Fe81.,Si3B15C0.3 Fe8h7Si4B14Ca3 合金帶材，在60Hz激勵下的勵磁功率與磁感應強度Bm的關系，其中這些帶材在330°C溫度下以沿著帶材長度方向施加的2000A/m磁場進行了一小時退火。
具體實施例方式如在美國專利N0.4，142，571中所披露的那樣，可以讓熔融合金經由槽式噴嘴而噴射到旋轉的冷卻體表面上，由此制備出非晶合金帶材。面對冷卻體表面的帶材表面看起來是無光澤的，但相反側，即面對著鑄造氛圍的表面是光亮的且反映出熔融合金的液體屬性。在下面的對本發明實施例的說明中，這一側也被稱為鑄造出來的帶材的“光亮側”。已經發現，在鑄造出來的帶材的無光澤側的突起的形成受到熔融合金的表面張力的影響。當在非晶合金帶材表面上形成了突起時，在通過層壓或卷繞所述帶材而構建得到的磁性元件中帶材封裝因子減小。因此，必須將突起高度保持在低水平上以滿足工業要求。另一方面，突起高度隨著帶材鑄造時間的延長而增加，這就限制了鑄造時間。例如，對于具有小于1.6T的飽和感應強度的傳統非晶合金帶材而言，在帶材封裝因子減小到例如82%的水平(這是變壓器鐵芯工業中的最小值)之前，鑄造時間大約是500分鐘。迄今為止，對于具有大于
1.6T的飽和感應強度Bs的非晶磁性合金而言，為了滿足82%的封裝因子的要求，鑄造時間大約是120分鐘。進一步的觀察揭示了下列事實:當進行鑄造使得所述突起高度大于3μπι且小于帶材厚度的四倍，并且在經鑄造而成的帶材的1.5m之內所述突起數量小于10時，帶材鑄造時間顯著增加。在經過多次實驗性試驗之后，本發明的發明人發現，將熔融合金表面張力保持在高水平下對于減小突起高度以及突起的發生率是至關重要的。米用來自“Metallurgical and Materials Transactions, vol.37B,pp.445-456 (published by Springer in2006) ”(《冶金學與材料匯刊》，第 37B 卷，第445-456頁，由施普林格出版社在2006年出版)的下列公式來量化熔融合金表面張力σ。σ = U2G3P /3.6 λ 2這里，U、G、P和λ分別是冷卻體表面的速度、噴嘴與冷卻體表面之間的間隙、合金的質量密度和如圖2所示在光亮側帶材表面上觀察到的波狀圖案的波長。測量到的波長λ處于0.5mm 2.5mm的范圍內。本發明的發明人采取的下一步驟是找出具有大于1.6T的飽和感應強度的經鑄造而成的非晶帶材的化學成分范圍，這是本發明的一個方面。已經發現:滿足上述這個要求的合金成分由FeaSibBeCd表示，這里80.5原子a ^ 83原子％、0.5原子b彡6原子％、12原子彡16.5原子％、0.01原子％彡(1彡I原子％且a+b+c+d = 100 ;該合金成分還具有在諸如鐵(Fe)、硅鐵(Fe-Si)和硼鐵(Fe-B)等商用原材料中通常會發現的附帶雜質(incidental impurity)。關于Si含量和B含量，已經發現，下述化學限制更有利于達到上述目的:b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及c彡a-66.5 X (100-d)/IOO0另外，關于附帶雜質和有意添加的微量元素，已經發現具有如下給定的含量范圍的元素是有利的:Mn是0.05重量％
0.30重量％，Cr是0.01重量％ 0.2重量％，且Cu是0.005重量％ 0.20重量％。另外，可根據需要用Co替代小于20原子％的Fe，并且可根據需要用Ni替代不到10原子％的Fe。對于選擇在上面三個段落中給出的成分范圍的原因如下:小于80.5原子％的Fe含量“a”導致了小于1.60T的飽和感應強度水平，而大于83原子％的“a”則降低了合金的熱穩定性和帶材可成形性。由至多20原子％的Co和/或至多10原子％的Ni替代Fe對于實現大于1.60T的飽和感應強度來說是有利的。Si改善了帶材可成形性并增強了它的熱穩定性，并且Si超過0.5原子％且低于6原子％以實現所設想的飽和感應強度水平和高的B-H方形比。B對合金的帶材可成 形性及其飽和感應強度水平有著有利的貢獻，并且B超過12原子％且低于16.5原子％，這是因為當超過上述這個濃度時它的有利效果將會減弱。圖3的相圖中總結了上述這些發現，圖3中清楚地表示了其中熔融合金表面張力在1.lN/m以上的區域I和其中熔融合金表面張力大于1.lN/m的區域2。由公式166.5 X (100-d)/100-2a及c彡a-66.5X (100-d)/100表示的化學范圍對應于圖3中的區域2。圖2中的粗虛線對應于共晶成分(eutectic composition),而細虛線表示區域2中的化學成分。大于0.01原子％的C對于實現高的B-H方形比和高的飽和感應強度是有效的，但大于I原子％的C會使熔融合金的表面張力減小,并且低于0.5原子％的C是優選的。在所添加的微量元素之中，Mn降低了熔融合金的表面張力，且可容許的濃度限制是Mn < 0.3重量％。更優選地,Mn < 0.2重量％。基于Fe的非晶合金中的Mn和C的共存改善了合金的熱穩定性，且(Mn+C) > 0.05重量％是有效的。Cr也改善了熱穩定性并且Cr > 0.01重量％是有效的，但Cr > 0.2重量％時合金的飽和感應強度會降低。Cu在Fe中是不溶的且傾向于沉淀在帶材表面上，并且Cu有助于增加熔融合金的表面張力；Cu > 0.005重量％是有效的，且Cu > 0.02重量％是更有利的，但C > 0.2重量％就會導致易碎的帶材。已經發現，允許含有0.01重量％ 5.0重量％的由Mo、Zr、Hf和Nb構成的群組中的一種或多種元素。根據本發明實施例的合金具有優選處于1250°C 1400°C之間的熔化溫度。當低于1250°C時，噴嘴易于頻繁地堵塞，而當高于1400°C時，熔融合金的表面張力降低。更優選的熔點是1280°C 1360°C。本發明的發明人發現，可以通過在熔融合金與處于鑄造用噴嘴正下方的經鑄造而成的帶材之間的界面處提供濃度為至多5體積％的氧氣，來進一步減少表面突起。基于圖4所示的熔融合金表面張力相對于O2濃度的數據來確定O2氣體的上限，圖4示出了在氧氣濃度超過5體積％時熔融合金表面張力變得小于1.lN/m。在表2中給出了 O2氣體水平、熔融合金表面張力σ、表面突起數量η和磁特性之間的關系。下一步驟是將帶材表面突起的數量與熔融合金表面張力相關聯，這在圖5中已示出。該圖不失一般性地表示出了從具有IOOmm 170mm寬度和23μπι 25μπι厚度的鑄造出來的帶材取得的數據，此圖表明:在熔融合金表面張力σ減小到小于1.lN/m時，表面突起的數量會增多。也正如表I 表6所表明的那樣，對于σ > 1.lN/m，在經鑄造而成的帶材的每1.5m內突起數量η變得小于10。在σ = 1.25N/m處，突起數量變為O。本發明的發明人進一步發現，在該帶材制造方法中，根據本發明的實施例獲得了
10μ m 50 μ m的帶材厚度。對于低于10 μ m的厚度,難以形成帶材；而高于50 μ m的帶材厚度會使得帶材的磁特性劣化。如實例3中所表明的那樣，上述帶材制造方法適用于更寬的非晶合金帶材。為了檢驗盡可能多的非晶合金帶材，測試了本發明實施例的許多非晶合金且測試結果在表4、表5和表6中示出。這些表格是諸如本發明實施例所述的突起高度和在鑄造出來的非晶合金帶材的每個給定長度內的突起數量等物理范圍的基礎。令本發明的發明人驚訝的是:與當鐵芯材料的飽和感應強度增大時鐵芯損耗通常會增大的預期相反，鐵磁非晶合金帶材表現出低的磁芯損耗。例如，根據本發明實施例的鐵磁非晶合金帶材的直條以沿所述直條的長度方向施加的1500A/m磁場在320°C與330°C之間的溫度下進行了退火，這些直條當在60Hz及1.3T感應強度下測量時表現出小于0.14W/kg的磁芯損耗。直條中的低磁芯損耗相應地轉化為在通過卷繞磁性帶材而制備的磁芯中的低磁芯損耗。然而，由于在鐵芯卷繞期間引入的機械應力，卷繞式鐵芯一直表現出比它的直條形式的磁芯損耗更高的磁芯損耗。卷繞式鐵芯的鐵芯損耗與直條的鐵芯損耗的比率被稱為裝配因子(building factor, BF)。對于最佳設計的可商購得到的基于非晶合金帶材的變壓器鐵芯而言，BF值大約是2。低BF值顯然是優選的。根據本發明的實施例，采用本發明實施例的非晶合金帶材構造出了具有重疊式搭接接頭的變壓器鐵芯。在圖6中給出了構造出的且被測試的鐵芯的尺寸。表7和表8總結了具有圖6的構造的磁芯的測試結果。第一個顯著的結果是:對于在300°C 340°C溫度下經過退火的變壓器鐵芯，例如在60Hz及1.3T感應強度下測量到的鐵芯損耗具有如表7中所示的0.211ff/kg 0.266ff/kg范圍。這將與在同樣的60Hz激勵下直條的小于0.14ff/kg的鐵芯損耗相比較。因此這些變壓器鐵芯的BF值的范圍是從
1.5到1.9，這顯著低于傳統的BF數值2。盡管被測試的各變壓器鐵芯的鐵芯損耗水平大致相同，但具有更高Si含量的合金表現出如下兩個有益特征。第一，如表7中所示，低勵磁功率時的退火溫度范圍在包含3原子％ 4原子％的Si的非晶合金中比在包含2原子％的Si的非晶合金中寬得多。在圖7中示出了這一特征，該圖中曲線71、72和73分別對應于含有2原子％的S1、含有3原子％的Si和含有4原子％的Si的非晶合金帶材。在諸如變壓器鐵芯等磁芯中的勵磁功率是一個重要因素，因為勵磁功率是將磁芯保持于激勵狀態的實際功率。因此，勵磁功率越低越好，從而獲得更有效的變壓器運行。第二，如表8中所示，使用了包含3原子％ 4原子％的Si的非晶合金帶材(所述帶材在沿著帶材長度方向施加的磁場中在300°C 355°C之間的溫度范圍內進行了退火)的變壓器鐵芯在室溫下在高達1.5 1.55T感應強度范圍上運行，超過該感應強度范圍時勵磁功率會快速增加，而具有2原子％的Si的非晶合金在高達約1.45T的感應強度下仍是可以運行的，超過1.45T時在基于2原子％的Si的鐵芯中勵磁功率會快速增加。在圖8中清晰地表明了這一特性，該圖中曲線81、82和83分別對應于含有2原子％的S1、含有3原子％的Si和含有4原子％的Si的非晶合金帶材。這種差異在降低變壓器尺寸方面是很有意義的。經估計，變壓器的工作感應強度每增加0.1T的增量，則變壓器尺寸就能減小5% 10%。此外，當變壓器的勵磁功率低時，變壓器品質就改善了。鑒于以上這些技術優點，對具有依據本發明的成分的變壓器鐵芯進行了測試，且結果表明:在具有由FeaSibBcA表示的化學成分的非晶合金情況中獲得了最佳的變壓器性能，這里81原子a < 82.5原子％、2.5原子％< b < 4.5原子％、12原子≤16原子％、0.01原子％≤d≤1原子％及a+b+c+d = 100，且滿足如下關系 b ≤ 166.5 X (100-d)/100-2a 及 c ≤ a-66.5 X (100-d)/1000
實例1
制備具有依據本發明實施例的化學成分的鑄塊，并且這些鑄塊是通過處于1350°C下的熔融金屬在旋轉的冷卻體上鑄造而成的。鑄造出來的帶材具有170mm的寬度，且它的厚度是23 μ m。化學分析表明，這些帶材含有0.10重量％的Mn、0.03重量％的Cu和0.05重量％的Cr。CO2氣體和氧的混合物被吹入到熔融合金與鑄造出來的帶材之間的界面附近。熔融合金與鑄造出來的帶材之間的界面附近的氧濃度為0.5體積％。熔融合金表面張力σ是通過使用公式σ =U2G3P/3.6λ2并通過測量鑄造出來的帶材的光亮側上的波狀圖案的波長來確定的。在鑄造了大約100分鐘的帶材上測量在沿該帶材長度方向的1.5m內的帶材表面突起數量，并且表1中給出了表面突起高度超過3 μ m的三個樣品的表面突起最大數量η。所有的帶材樣品的突起高度均小于所述帶材厚度的4倍。從所述帶材切割下來的單條在300°C 400°C下以沿著各條的長度方向施加的1500A/m磁場進行退火，且根據ASTM標準A-932來測量經過熱處理的各條的磁特性。表I列出了所獲得的結果。對于熔融合金表面張力、鑄造出來的帶材的每1.5m內的表面突起數量、飽和感應強度Bs以及在60Hz激勵及1.3T感應強度下的磁芯損SW1.3/6(|，樣品第I號和第2號滿足本發明的目標的要求。參考樣品第I號具有12個突起，因而超過了本發明實施例中要求的最小數量10。表權利要求
1.一種鐵磁非晶合金帶材，其包括: 合金，所述合金具有由FeaSibBeCd表示的成分，這里80.5原子％彡a彡83原子％、0.5原子％ < b < 6原子％、12原子％ < c < 16.5原子％、(λ 01原子％ < d < I原子％且a+b+c+d=100,并且所述合金具有附帶雜質， 所述帶材是在冷卻體表面上從熔融狀態的所述合金鑄造而成的，所述熔融狀態下的所述合金具有1.lN/m以上的熔融合金表面張力； 所述帶材具有帶材長度、帶材厚度和面對著所述冷卻體表面的帶材表面； 所述帶材具有在面對著所述冷卻體表面的所述帶材表面上形成的帶材表面突起； 所述帶材表面突起是在突起高度和突起數量方面被測量的； 所述突起高度大于3 μ m且小于所述帶材厚度的四倍，且在所述帶材長度的1.5m范圍內所述突起數量小于10個；并且 在經過退火的直條形式下，所述帶材具有超過1.60T的飽和磁感應強度，并且當在60Hz及1.3T感應強度水平下測量時表現出小于0.14ff/kg的磁芯損耗。
2.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述Si的含量b和所述B的含量c按照如下關系與所述Fe的含量a和所述C的含量d相關聯:b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及 c ( a-66.5 X (100-d)/100。
3.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述Fe的至多20原子％視需要被Co替換，且所述Fe的至多10原子％視需要被Ni替換。
4.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，還包括: 微量元素，所述微量元素選自由Cu、Mn和Cr組成的群組中的至少一者。
5.根據權利要求4所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述Cu的含量處于0.005重量％ 0.20重量％的范圍內。
6.根據權利要求4所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述Mn的含量處于0.05重量％ 0.30重量％的范圍內。
7.根據權利要求4所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述Cr的含量處于0.01重量％ 0.2重量％的范圍內。
8.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述帶材是從處于1250°C 1400°C之間的溫度下的熔融狀態的所述合金鑄造而成的。
9.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述帶材是在如下的環境氛圍中鑄造而成的:所述環境氛圍在熔融的所述合金與所述帶材的界面處含有小于5體積％的氧。
10.根據權利要求1所述的鐵磁非晶合金帶材，其中，所述熔融合金表面張力在1.lN/m以上。
11.一種卷繞式磁芯，其包括磁芯和權利要求1中所述的帶材，其中所述帶材被卷繞成所述磁芯。
12.一種卷繞式變壓器鐵芯，其包括權利要求11中所述的卷繞式磁芯，其中，所述卷繞式磁芯是變壓器鐵芯。
13.根據權利要求12所述的卷繞式變壓器鐵芯，其在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中進行了退火，并且在60Hz及1.3T感應強度下表現出小于0.3ff/kg的磁芯損耗和小于0.4VA/kg的勵磁功率。
14.根據權利要求13所述的卷繞式變壓器鐵芯，其在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中且在300°C 335°C的溫度范圍中進行了退火。
15.根據權利要求11所述的卷繞式磁芯，其中，所述帶材基于所述合金，所述合金具有由FeaSibBeCd表示的化學成分，這里81原子％彡a彡82.5原子％、2.5原子％彡b彡4.5原子％、12原子％彡c彡16原子％、0.0l原子％彡d彡I原子％且a+b+c+d=100，所述合金還滿足如下關系b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及c<a-66.5X (100_d)/100，并且所述合金還包括微量元素，所述微量元素選自由Cu、Mn和Cr組成的群組中的至少一者,其中所述Cu的含量是0.005重量％ 0.20重量％，所述Mn的含量是0.05重量％ 0.30重量％，并且所述Cr的含量是0.01重量％ 0.2重量％。
16.根據權利要求15所述的卷繞式磁芯，其中，所述帶材已經在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中進行了退火，在60Hz及1.3T感應強度下表現出小于0.25ff/kg的磁芯損耗和小于0.35VA/kg的勵磁功率。
17.根據權利要求16所述的卷繞式磁芯，所述帶材在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中且在300°C 335°C的溫度范圍中進行了退火。
18.根據權利要求13所述的卷繞式變壓器鐵芯，其中，所述鐵芯在高達1.5T的感應強度水平下運行。
19.根據權利要求13所述的卷繞式變壓器鐵芯，其中，所述鐵芯具有環形形狀或半環形形狀。
20.根據權利要求13所述的卷繞式變壓器鐵芯，其中，所述鐵芯具有臺階式搭接接頭。
21.根據權利要求13所述的卷繞式變壓器鐵芯，其中，所述鐵芯具有重疊式搭接接頭。
22.—種鐵磁非晶合金帶材的鑄造方法，其包括: 選擇合金，所述合金具有由FeaSibBeCd表示的成分，這里80.5原子％ < a < 83原子％、0.5原子％ < b < 6原子％、12原子％ < c < 16.5原子％、(λ 01原子％ < d < I原子％且a+b+c+d=100,并且所述合金具有附帶雜質； 在冷卻體表面上從熔融狀態的所述合金進行鑄造，所述熔融狀態下的所述合金具有1.lN/m以上的熔融合金表面張力；以及 獲得所述帶材，所述帶材具有帶材長度、帶材厚度和面對著所述冷卻體表面的帶材表面， 其中，所述帶材具有在面對著所述冷卻體表面的所述帶材表面上形成的帶材表面突起; 所述帶材表面突起是在突起高度和突起數量方面被測量的； 所述突起高度大于3 μ m且小于所述帶材厚度的四倍，并且在所述帶材長度的1.5m范圍內所述突起數量小于10個；并且 在經過退火的直條形式下 ，所述帶材具有超過1.60T的飽和磁感應強度，并且當在60Hz及1.3T感應強度水平下測量時表現出小于0.14ff/kg的磁芯損耗。
23.根據權利要求22所述的方法，其中，所述Si的含量b和所述B的含量c按照如下關系與所述Fe的含量a和所述C的含量d相關聯:b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及c ( a-66.5X (100-d)/100。
24.根據權利要求22所述的方法，其中，所述Fe的至多20原子％視需要被Co替換，且所述Fe的至多10原子％視需要被Ni替換。
25.根據權利要求22所述的方法，其中，所述合金還包括: 微量元素，所述微量元素選自由Cu、Mn和Cr組成的群組中的至少一者。
26.根據權利要求25所述的方法，其中，所述Cu的含量處于0.005重量％ 0.20重量％的范圍內。
27.根據權利要求25所述的方法，其中，所述Mn的含量處于0.05重量％ 0.30重量％的范圍內。
28.根據權利要求25所述的方法，其中，所述Cr的含量處于0.01重量％ 0.2重量％的范圍內。
29.根據權利要求22所述的方法，其中，所述鑄造是在1250°C 1400°C之間的溫度下進行的。
30.根據權利要求22所述的方法，其中，所述鑄造是在如下的環境氛圍中進行的:所述環境氛圍在熔融的所述合金與所述帶材的界面處含有小于5體積％的氧。
31.根據權利要求22所述的方法，其中，所述熔融合金表面張力為1.lN/m以上。
32.一種卷繞式磁芯的制備方法，其包括:將權利要求22中所述的帶材卷繞成磁芯。
33.根據權利要求32所述的方法，其中，所述卷繞式磁芯是卷繞式變壓器鐵芯。
34.根據權利要求32所述的方法，其還包括:將所述磁芯中的所述帶材在沿所述帶材的長度方向的磁場中進行退火，以形成經過退火的帶材，其中，經過退火的所述帶材當在60Hz及1.3T感應強度下測 量時表現出小于0.3ff/kg的磁芯損耗和小于0.4VA/kg的勵磁功率。
35.根據權利要求34所述的方法，其中，所述退火是在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中且在處于300°C 335°C范圍內的溫度下進行的。
36.根據權利要求32所述的方法，其中，所述帶材是由所述合金鑄造而成的，所述合金具有由FeaSibBeCd表示的化學成分，這里81原子％ < a < 82.5原子％、2.5原子％〈b〈4.5原子％、12原子％彡c彡16原子％、0.01原子％彡d彡I原子％且a+b+c+d=100，所述合金還滿足如下關系b彡166.5 X (100-d)/100-2a以及c<a-66.5 X (100_d)/100，并且所述合金還包括微量元素，所述微量元素是選自由Cu、Mr^P Cr組成的群組中的至少一者,其中，所述Cu的含量為0.005重量％ 0.20重量％，所述Mn的含量為0.05重量％ 0.30重量％，并且所述Cr的含量為0.01重量％ 0.2重量％。
37.根據權利要求34所述的方法，其中，在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中進行退火，以形成經過退火的所述帶材，其中，經過退火的所述帶材當在60Hz及1.3T感應強度下測量時表現出小于0.25ff/kg的磁芯損耗和小于0.35VA/kg的勵磁功率。
38.根據權利要求37所述的方法，其中，將所述鐵芯在沿所述帶材的長度方向施加的磁場中且在300°C 355°C的溫度范圍中進行退火。
39.根據權利要求37所述的方法，其中，所述鐵芯在高達1.5T的感應強度水平下運行。
40.根據權利要求34所述的方法，其中，所述鐵芯具有環形形狀或半環形形狀。
41.根據權利要求34所述的方法，其中，所述鐵芯具有臺階式搭接接頭。
42.根據權利要求34所述的方法，其中，所述鐵芯具有重疊式搭接接頭。
全文摘要
一種鐵磁非晶合金帶材，其具有由FeaSibBcCd表示的成分，這里80.5原子%≤a≤83原子%、0.5原子%≤b≤6原子%、12原子%≤c≤16.5原子%、0.01原子%≤d≤1原子%且a+b+c+d=100，并且所述鐵磁非晶合金帶材具有附帶雜質。所述帶材是在冷卻體表面上從熔融狀態的所述合金鑄造而成的，該熔融狀態下的所述合金具有1.1N/m以上的表面張力；所述帶材具有面對著所述冷卻體表面的帶材表面突起；所述突起的高度在3微米與所述帶材的厚度的四倍之間，在經鑄造而成的帶材的1.5m長度范圍內所述突起的數量小于10個。所述帶材適合用于變壓器鐵芯、旋轉機械裝置、電扼流圈、磁傳感器和脈沖電源設備。
文檔編號H01F1/153GK103155054SQ201180043517
公開日2013年6月12日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年9月9日
發明者埃里克·A·泰森, 詹姆斯·佩羅齊, 小川雄一, 松本祐治, 東大地, 留蘇克·哈塞戛瓦 申請人:梅特格拉斯公司, 日立金屬株式會社