專(zhuān)利名稱(chēng):一種納米晶軟磁鐵芯及其熱處理方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種軟磁材料制作的鐵芯,特別是一種納米晶軟磁鐵芯及其熱處理方法和應(yīng)用。
背景技術(shù):
納米晶軟磁材料是利用制備非晶帶材的工藝首先獲得非晶態(tài)材料,經(jīng)熱處理后其微觀結(jié)構(gòu)形成20nm的微晶,因此稱(chēng)為超微晶材料或納米晶軟磁材料,在納米晶軟磁材料發(fā)現(xiàn)以前,普遍使用的軟磁材料是硅鋼,坡莫合金,鐵氧體及非晶合金。其應(yīng)用于開(kāi)關(guān)電源、電力、電子儀器、儀表行業(yè),在發(fā)揮著重要的作用的同時(shí),又各存在著自身的缺點(diǎn),如硅鋼具有高的飽和磁感,但其有效磁導(dǎo)率值低,特別是在高頻范圍內(nèi);又如鐵氧體其高頻損耗特性好,但飽和磁感及導(dǎo)磁導(dǎo)率值較低;再如坡莫合金具有較高的初始磁導(dǎo)率,低的矯頑力,磁性能穩(wěn)定,但飽和磁感不夠高,頻率大于10KHz時(shí),其損耗和有效磁導(dǎo)率值不理想,且價(jià)格昂貴;再有鈷基非晶合金,雖具有較高的磁導(dǎo)率并在頻率范圍內(nèi)有低的損耗,但同樣存在Bs值低,價(jià)格昂貴的問(wèn)題。而納米晶合金則以其自身優(yōu)良的綜合磁性能,即高的磁導(dǎo)率,高的飽和磁感,低的損耗,而越來(lái)越多的在工業(yè),特別是電氣、電子制造業(yè)中得以應(yīng)用。
就目前而言,NbCuFeSiB納米晶合金典型磁特性根據(jù)不同的熱處理工藝分為三類(lèi)A.縱向磁場(chǎng)熱處理μi=8000,μm=800000;B.無(wú)磁場(chǎng)普通熱處理μi=100000,μm=400000;C.橫向磁場(chǎng)熱處理μi=30000,μm=40000。這在很大程度上限制了材料的應(yīng)用,如電磁式剩余電流保護(hù)斷路器,隨著器件向小型化方向發(fā)展,要求鐵芯在體積減小的同時(shí)具有較高的磁導(dǎo)率。尤其對(duì)于A型電磁式剩余電流保護(hù)斷路器,要求鐵芯既能檢測(cè)交流漏電電流,又能檢測(cè)脈動(dòng)直流型漏電電流。對(duì)鐵芯磁特性的要求是μi=100000,且μi/μm=0.5-0.85。對(duì)電流互感器而言,傳統(tǒng)的觀點(diǎn)是對(duì)NbCuFeSiB合金采用無(wú)磁場(chǎng)熱處理方法提高初始磁導(dǎo)率。但實(shí)際應(yīng)用中,由于鐵芯容易磁飽和,使線(xiàn)性誤差增大,用于電流互感器,角差和比差都達(dá)不到要求;在共模電感中,引起鐵芯損耗增加及鐵芯的磁飽和,達(dá)不到器件工作預(yù)期的要求。圍繞著上述問(wèn)題,該行業(yè)技術(shù)人員也進(jìn)行的了大量的試驗(yàn)以尋求解決的方案,如中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為1313615A及中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)為1621552A分別公開(kāi)了“高導(dǎo)磁率圓環(huán)形鐵芯的處理方法”、“含有微量稀土元素的鐵基納米晶合金”,前者是從熱處理的工藝上進(jìn)行改進(jìn),而后者則是從材料的組份中加入特定的配制來(lái)解決上述存在的問(wèn)題,并取得了一定的效果。到目前為止,均未見(jiàn)報(bào)道通過(guò)對(duì)NbCuFeSiB合金進(jìn)行熱處理獲得最大磁導(dǎo)率μm>1100000和μi>40000,μi/μm為0.5~0.85的鐵芯。需要說(shuō)明的是,具體到納米晶軟磁鐵芯其產(chǎn)品的綜合性能與其所應(yīng)用的載體有著密不可分的關(guān)系,換句話(huà)說(shuō),其應(yīng)用在何種載體上其所需求性能參數(shù)是不同的,這就需要在整個(gè)制造過(guò)程中有針對(duì)性的從材料的組份及熱處理工藝上有多套適用各類(lèi)載體應(yīng)用的技術(shù)方案,以確保其性能的體現(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所需解決的技術(shù)問(wèn)題是,提供一種可通過(guò)不同組份配制可得出較高初始磁導(dǎo)率,并使初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率比值處于應(yīng)用領(lǐng)域所需范圍的納米晶軟磁鐵芯。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是在上述基礎(chǔ)上,提供一種根據(jù)納米晶軟磁鐵芯應(yīng)用載體不同而采用的納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法。
本發(fā)明再進(jìn)一步的目的是提供一種采用上述組份及熱處理方法制造的納米晶軟磁鐵芯新的應(yīng)用領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案是一種納米晶軟磁鐵芯,包括一制備成厚度為0.027-0.03mm帶材后卷制成環(huán)狀的鐵芯,其特征在于所述鐵芯中的合金組份按原子百分比為Fe 67-80;Ni或Co或Ni和Co 0.1-0.6;Nb 2-4;Cu0.5-1.5;Si 10-17;B 6-10;經(jīng)縱磁熱處理后的鐵芯本體其最大磁導(dǎo)率μm>1100000;經(jīng)橫磁熱處理后初始磁導(dǎo)率μi>40000,初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率的比值μi/μm為0.5~0.85。
本發(fā)明進(jìn)一步的技術(shù)方案是納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻、并在冷卻過(guò)程中施加一磁場(chǎng)至;(3)250℃出爐,本發(fā)明再進(jìn)一步的技術(shù)方案是納米晶軟磁鐵芯在電磁式剩余電流保護(hù)斷路器中的應(yīng)用或納米晶軟磁鐵芯在共模電感濾波器及電流電壓互感器中的應(yīng)用。
本發(fā)明由于采用了在納米晶軟磁鐵芯的組份中以部分的Ni或Co取代Fe以其調(diào)整其它組份相應(yīng)的含量,使鐵芯不僅具有較高的初始磁導(dǎo)率,而且可得到初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率之比在0.5-0.85之間這一較佳的磁性能比。確保了鐵芯的綜合磁性能,而根據(jù)不同用途的鐵芯所采用的熱處理方法,使鐵芯在不同產(chǎn)品上發(fā)揮出最佳的效能,采用上述技術(shù)方案制造的鐵芯不僅適用于高頻變壓器、電流互感器等產(chǎn)品中,而且也適用于電磁式剩余電流保斷路器及共模濾波器中。
具體實(shí)施例方式
一種納米晶軟磁鐵芯,包括一制備成厚度為0.027-0.03mm帶材后卷制成環(huán)狀的鐵芯,其特征在于所述鐵芯中的合金組份按原子百分比為Fe67-80;Ni或Co或Ni和Co 0.1-0.6;Nb 2-4;Cu 0.5-1.5;Si 10-17;B 6-10;經(jīng)縱磁熱處理后的鐵芯本體其最大磁導(dǎo)率μm>1100000;經(jīng)橫磁熱處理后初始磁導(dǎo)率μi>40000,初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率的比值μi/μm為0.5~0.85。
上述納米晶軟磁鐵芯中Ni的合金組份為0.15。上述的納米晶軟磁鐵芯中Co的合金組份為0.35。上述鐵芯中Co和Ni的合金組份分別為Co 0.5、Ni0.1。
一種納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻、并在冷卻過(guò)程中沿平行于帶材方向施加一縱向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性參數(shù)為μi=5000-15000,μm=1200000-1800000。
另一種納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為250-400Oe橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性參數(shù)為μi=120000-180000,μm=200000-300000;μi/μm=0.5~0.65。
再一種納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為350-500Oe橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性參數(shù)為μi=80000-120000,μm=130000-180000;μi/μm=0.6~0.7。
還有一種納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為500-600Gs橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,其磁性參數(shù)為μi=40000-80000,μm=55000-100000;μi/μm=0.65~0.85。
一種納米晶軟磁鐵芯在電磁式剩余電流保護(hù)斷路器中的應(yīng)用。
一種納米晶軟磁鐵芯在共模電感濾波器中的應(yīng)用。
下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明及熱處理和應(yīng)用作進(jìn)一步的說(shuō)明實(shí)施例1、采用一成份的原子百分比為Fe73.15 Co0.35 Nb3 Cu1Si13.5 B9,按此成份配比熔煉成合金,用單輥法生產(chǎn)為0.028mm厚度的帶材,將帶材繞成Φ21×φ14×18的鐵芯,采用不同的熱處理工藝,其相應(yīng)磁性能如下
實(shí)施例2、采用一成份的原子百分比為Fe72.9 Co0.5 Ni0.1 Nb3 Cu1Si13.5 B9,按此成份配比熔煉成合金,用單輥法生產(chǎn)為0.028mm厚度的帶材,將帶材繞成Φ21×φ14×18的鐵芯,采用不同的熱處理工藝,其相應(yīng)磁性能如下
實(shí)施例3、采用一成份的原子百分比為Fe73.5 Ni0.15 Nb3 Cu1Si13.5 B9,按此成份配比熔煉成合金,用單輥法生產(chǎn)為0.028mm厚度的帶材,將帶材繞成Φ21×φ14×18的鐵芯,采用不同的熱處理工藝,其相應(yīng)磁性能如下
權(quán)利要求
1.一種納米晶軟磁鐵芯,包括一制備成厚度為0.027-0.03mm帶材后卷制成環(huán)狀的鐵芯,其特征在于所述鐵芯中的合金組份按原子百分比為Fe 67-80;Ni或Co或Ni和Co 0.1-0.6;Nb 2-4;Cu 0.5-1.5;Si 10-17;B 6-10;經(jīng)縱磁熱處理后的鐵芯本體其最大磁導(dǎo)率μm>1100000;經(jīng)橫磁熱處理后初始磁導(dǎo)率μi>40000,初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率的比值μi/μm為0.5~0.85。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁鐵芯,其特征在于上述鐵芯中Ni的合金組份為0.15。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁鐵芯,其特征在于鐵芯中Co的合金組份為0.35。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁鐵芯,其特征在于上述鐵芯中Co和Ni的合金組份分別為Co 0.5、Ni 0.1。
5.一種加工權(quán)利要求1的納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻、并在冷卻過(guò)程中沿平行于帶材方向施加一縱向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性能參數(shù)為μi=5000-15000,μm=1200000-1800000。
6.一種加工權(quán)利要求1的納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為250-400Oe橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性能參數(shù)為μi=120000-180000,μm=200000-300000;μi/μm=0.5~0.65。
7.一種加工權(quán)利要求1的納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為350-5000e橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,經(jīng)上述工藝可獲得磁性能參數(shù)為μi=80000-120000,μm=130000-180000;μi/μm=0.6~0.7。
8.一種加工權(quán)利要求1的納米晶軟磁鐵芯的熱處理方法,包括如下工藝步驟(1)將鐵芯加熱至540-570℃,保溫15分鐘,然后,(2)冷卻,并在冷卻過(guò)程中沿垂直于帶材方向施加一大小為500-600Gs橫向磁場(chǎng)至(3)250℃出爐,其磁性能參數(shù)為μi=40000-80000,μm=55000-100000;μi/μm=0.65~0.85。
9.一種權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁鐵芯在電磁式剩余電流保護(hù)斷路器中的應(yīng)用。
10.一種權(quán)利要求1所述的納米晶軟磁鐵芯在共模電感濾波器中的應(yīng)用。
全文摘要
一種納米晶軟磁鐵芯,包括一制備成厚度為0.027-0.03mm帶材后卷制成環(huán)狀的鐵芯,所述鐵芯中的合金組份按原子百分比為Fe67-80;Ni或Co或Ni和Co0.1-0.6;Nb2-4;Cu0.5-1.5;Si10-17;B6-10;由于采用了在納米晶軟磁鐵芯的組份中以部分的Ni或Co取代Fe以其調(diào)整其它組份相應(yīng)的含量,使鐵芯不僅具有較高的初始磁導(dǎo)率,而且可得到初始磁導(dǎo)率與最大磁導(dǎo)率之比在0.5-0.85之間這一較佳的磁性能比,確保了鐵芯的綜合磁性能。而根據(jù)不同用途的鐵芯所采用的熱處理方法,使鐵芯在不同產(chǎn)品上發(fā)揮出最佳的效能,采用上述技術(shù)方案制造的鐵芯適用于電磁式剩余電流保護(hù)斷路器和共模濾波器及電流電壓互感器中。
文檔編號(hào)H01F27/24GK1905091SQ20051003613
公開(kāi)日2007年1月31日 申請(qǐng)日期2005年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月28日
發(fā)明者黃付貴, 劉海文 申請(qǐng)人:黃付貴