应力退火调控环形磁芯对电流的响应特性

本研究采用单辊快淬法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄带，在550℃条件下进行快速张应力退火，盘绕制成实验所需的纳米晶环形磁芯样品。对磁芯样品缠绕线圈，使用示波器观测磁芯对通电导线产生的交变环向磁场的感生电压响应；使用阻抗分析仪测量磁芯对直流导线的巨磁阻抗响应，研究张应力对纳米晶环形磁芯磁性能影响。结果表明，退火应力影响环形磁芯对交变电流响应的灵敏度和线性度，当应力低于80.63 MPa时线性度低于99.9%，而灵敏度随着应力的增大逐渐下降。随着退火应力增大，环形磁芯对直流电流的阻抗响应的灵敏度持续下降，线性区间逐渐向强磁场方向移动。退火应力对环形磁芯的磁性能有重大影响，本研究对优化环形磁芯磁性能具有指导意义。

自工业4.0 的概念提出之后，智能化制造快速发展，世界开始进入智能时代，传感器作为智能系统前端输入，负责将环境信息转化为系统可处理的电信号，是智能系统的“眼睛”，具有重要地位。在智能化发展的过程中，对传感器的要求也越来越高。

1988 年日本的Yashizawa 等人 [1]发现以Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 为代表的非晶合金，展现出优异的磁性能，引发了研究人员的广泛关注与研究 [2] [3] [4]。20 世纪90 年代，L. V. Panina 和K. Mohri 等人 [5] [6]发现了CoFeSiB 非晶丝中的巨磁阻抗效应，微小的直流偏置磁场，能引起非晶丝巨大的交流阻抗变化， 推动了非晶材料在传感器方面的应用。

直到现在已制造出多种传感器器件， 如地磁检测 [7]、压力传感 [8]、材料无损探伤 [9]和电流检测 [10]等 [11] [12]。Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9 以其低成本、高磁导率、低矫顽力、低损耗等优点，在传感器领域具有广泛的应用前景。

环形磁芯能够对导线电流产生的环向磁场做出高灵敏响应，是测量电流的绝佳材料。研究表明，应力退火能够改变材料的磁各向异性，进而有效地调控材料的磁性能 [8] [13] [14]。寻求一种优异的退火工艺，制作低成本、高效率、小体积的环形磁芯，实现电网、充电桩、新能源汽车以及其他大型设备对电流监测的需求，对于完善社会智能化进程有重要的意义。本文使用自制退火装置对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金薄带进行不同应力连续退火，卷绕成纳米晶环形磁芯。测量磁芯对交流电流的感生电压响应以及对直流电流的阻抗响应，研究不同应力条件下，环形磁芯对电流磁响应的影响。

2. 实验 2.1. 磁芯样品制备 本实验所用样品材料为Fe 基非晶合金(Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9)， 将各组分按比例混合互熔， 得到母合金。

使用单辊快淬法将母合金甩带成型为宽度为3.2 mm，厚度为18 um 的非晶薄带样品。使用自制退火设备对非晶薄带进行连续张应力退火。

退火设备能够控制退火过程中的温度、速度(即退火时间)以及退火应力的大小。本实验设置退火温度为550℃，退火时间为3 min，退火应力控制在17.88~226.24 MPa 范围内，