非晶金属丝的高频方波电流退火处理装置

摘要

非晶金属丝的高频方波电流退火处理装置，涉及一种电流退火处理装置，特别涉及非晶金属丝的一种可调幅变频的高频方波电流退火装置，目的是解决非晶丝磁性能和GMI性能的调制问题。本发明的非晶金属丝的高频方波电流退火处理装置，它包括主控制器、恒流源、阻抗测量单元、脉冲发生器、电流监测单元等模块。本发明用于对非晶金属丝进行退火处理。本发明可实现非晶金属丝磁性能改善和GMI性能提高，且不易造成非晶金属丝表面氧化和微观组织晶化，能够有效调制非晶金属丝内应力和磁畴结构改善其性能及一致性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电流退火热处理装置，特别涉及非晶金属丝的一种可调幅变频的高频方波电流退火装置。

背景技术

非晶金属丝作为一种性能优异的软磁材料，具有良好的几何对称性、较小的磁滞损耗和矫顽力、近零的磁致伸缩系数、高磁导率及特殊的磁畴结构，尤其是在较高频激励下的巨磁阻抗效应（Giant magneto-impedance, GMI）明显优于非晶带材、磁性薄膜和电沉积复合丝材等其他材料，因此非晶金属丝更适合于用作GMI磁敏传感器的磁敏感材料。非晶金属丝在制造过程中采用的工艺有水纺法、泰勒法、熔体抽拉法等，这些方法不可避免的在铸态非晶金属丝内产生大量分布不均匀的残余应力，进而影响了其磁畴结构、磁性能和GMI性能等各项性能指标和一致性。为获得具有较高阻抗变化率、磁场响应灵敏度等性能指标的非晶金属丝，调节非晶金属丝内的应力状态，通常需要对非晶丝的性能进行相应的调制处理，采用的方法有真空退火、磁场退火、应力退火、电流退火等。电流退火因非晶金属丝材特殊的“核-壳”磁畴结构和产生的环向磁场作用，对非晶金属丝的性能调制非常适合。

目前，电流退火已经成为研究热点问题之一，其方式主要集中在直流电流退火、交流电流退火和低频脉冲电流退火等。但现有的电流退火装置得到的非晶金属丝的磁性能和GMI性能未能达到最佳。

发明内容

本发明的目的是提供一种非晶金属丝的高频方波电流退火装置，此装置可以实现对非晶金属丝的磁性能和GMI性能的调制作用。

本发明的非晶金属丝的高频方波电流退火处理装置，它包括主控制器、恒流源、阻抗测量单元、脉冲发生器、电流监测单元等模块。

非晶金属丝的高频方波电流退火处理装置主要性能指标：

退火电流：峰值电流0~200mA ，电流调节细度1mA；

退火电流频率：1kHz ~2MHz，频率调节细度1kHz；

电流占空比：0%~100%，调节细度1%；

工作时间可设置，超时自动停机；

过压过流高温自动保护；

防触电保护功能；

工作参数保存功能。

本发明可以为非晶金属丝提供电流参数可调的高频方波电流（包括幅值、频率、占空比、退火时间等），在产生高强度环向磁场的同时，产生电流焦耳热效应，引起非晶金属丝内部应力状态和磁畴结构的改变。本发明和其他类型的电流退火、真空退火、应力退火和磁场退火装置等相比，具有操作过程简单且连续可控、能够保持非晶金属丝韧性，不易造成非晶金属丝晶化和表面氧化，提高非晶金属丝性能一致性和改善其GMI性能和磁性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是非晶金属丝最大阻抗变化率（ΔZ/Z₀）max随高频退火电流幅值变化曲线，其中横轴为高频退火电流幅值Ip，纵轴为最大阻抗变化率（ΔZ/Z₀）max。

图3是本发明的电路结构示意图。

图4是经过参数优化的高频方波电流退火后不同激励频率下非晶金属丝阻抗变化率ΔZ/Z0随外磁场变化的曲线。其中横轴为外磁场Hex,纵轴为阻抗变化率ΔZ/Z₀；曲线1为激励频率为1MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线，2为10MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线，3为30MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线，4为50MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线，5为70MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线，6为100MHz时阻抗变化率ΔZ/Z₀随外磁场Hex变化的曲线。

具体实施方式

具体实施方式一

实施例：通过上位机控制电流退火处理装置生成所需的各种不同幅值频率的退火电流，作用于待处理的非晶丝上。

具体实施方式二

实施例：利用本发明对使用化学腐蚀法去除玻璃包覆层的非晶金属丝进行不同高频方波电流幅值下的退火处理，然后对非晶金属丝的阻抗性能进行测试，对比最大阻抗变化率[ΔZ/Z₀]max来确定最佳电流幅值。所选取的高频方波电流幅值Ip分别为70mA、90mA、100mA、110mA、130mA、150mA,高频电流频率为10KHz,退火时间为300s,占空比为60%。GMI性能测试表明，在应用频率f=70MHz时，非晶金属丝的[ΔZ/Z₀]max在电流幅值Ip=70mA时为430.8%，在Ip=90mA时为290.4%,在Ip=100mA时为340.1%，在Ip=110mA时为490.2%，在Ip=130mA时为452.3%，在Ip=150mA时为402.7%。因此确定Ip=110mA为最佳电流幅值。

利用本发明对制备态非晶金属丝进行不同占空比高频方波电流退火处理，然后对非晶金属丝的阻抗性能进行测试，对比最大阻抗变化率[ΔZ/Z₀]max来确定最佳占空比。所选取的占空比为50%、60%、70%、80%、90%，高频电流幅值为110mA,频率为10KHz,退火时间为300s。GMI性能测试表明，在应用频率f=70MHz时，非晶金属丝的[ΔZ/Z₀]max在占空比50%时为295.6%，在占空比60%时为490.2%，在占空比70%时为510.4%，在占空比80%时为560.2%，在占空比90%时为480.5%。因此确定最佳占空比为80%。

利用本发明对制备态非晶金属丝进行不同时间高频方波电流退火处理，然后对非晶金属丝的阻抗性能进行测试，对比最大阻抗变化率[ΔZ/Z₀]max来确定最佳退火时间。所选取的退火时间为300s、480s、600s、780s、900s，高频电流幅值为110mA,占空比为80%，频率为10KHz。GMI性能测试表明，在应用频率f=70MHz时，非晶金属丝的[ΔZ/Z₀]max在退火时间300s时为560.2%，在退火时间480s时为581.3%，在退火时间600s时为508.4%，在退火时间780s时为443.7%，在退火时间900s时为366.5%。因此确定最佳退火时间为480s。

利用本发明对制备态非晶金属丝进行不同频率高频方波电流退火处理，然后对非晶金属丝的阻抗性能进行测试，对比最大阻抗变化率[ΔZ/Z₀]max来确定最佳频率。所选取的高频电流频率为5KHz、10KHz、15KHz、20KHz，高频电流幅值为110mA,占空比为80%，退火时间为480s。GMI性能测试表明，在应用频率f=70MHz时，非晶金属丝的[ΔZ/Z₀]max在频率5KHz时为524.6%，在频率为10KHz时为581.3%，在15KHz时为513.8%，在频率20KHz时为483.6%。因此确定最佳退火频率为10KHz。

以上所述，仅是本发明的较佳实施方式，不应被视为对本发明范围的限制，而且本发明所主张的权利要求范围并不局限于此，凡熟悉此领域技艺的人士，依照本发明所披露的技术内容，可轻易思及的等效变化，均应落入本发明的保护范围内。