CN102496450B - 一种超微晶铁芯强磁退火工艺及其专用设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种超微晶铁芯强磁退火工艺，包括以下步骤：(1)将超微晶铁芯轴向朝上摆放在方形炉的热处理区内，使炉内逐步升温至475℃，使超微晶铁芯均匀加热；(2)将方形炉推入强磁场内，使方形炉位于强磁场的中心处；(3)保持炉内温度为475～495℃，3～4小时后将方形炉自强磁场中取出；(4)使退出强磁场的方形炉内升温至565℃，保持2～3小时；(5)步骤(4)处理完成后，使方形炉内温度自然降温至室温后即完成了超微晶铁芯的强磁退火工艺。本发明有效的控制了剩磁，使磁导率亦得到了有效的控制，线性度变得更好，整体工艺简便，无需进行超微晶铁芯的切口处理，降低了生产成本，提高了产品的合格率。

Description

一种超微晶铁芯强磁退火工艺及其专用设备
技术领域
本发明属于超微晶材料领域，尤其是一种超微晶铁芯强磁退火工艺及其专用设备。
背景技术
传统铁芯材料中较常使用的铁氧体、硅钢片、坡莫合金具有各自的特点，具体如下：1.铁氧体具有较高的电阻率，抑制了涡流损耗，无需制成薄带，可在高频下使用，其缺点是：⑴饱和磁感应强度太低，增大了铁芯体积，在强磁场下工作易饱和；⑵磁导率低，导致激磁功率增大，增加了铜损；⑶其居里点在200摄氏温度以下，导致其温度稳定性差，其工作环境受到了限制。2.硅钢片虽然具有更高的饱和磁感应强度，但其显著缺点是铁损大、温升快，不宜在高频下使用，同时磁导率较低。3.坡莫合金磁导率虽然高，但磁导率线性度较差，在高频下会下降很多，用作精密电流互感器会使比差增大，同时其饱和磁感应强度较低，抗直流能力差，易饱和，成本较高。
随着技术的发展，人们研制出超微晶材料，该材料制成的各种规格的铁芯与上述三种传统铁芯材料相比，具有他们的综合优点，既高磁导率、高饱和磁感应强度、低损耗和优良的温度稳定性，同时又克服了他们各自的缺点，超微晶铁芯所具有的独特性能是在超微晶铁芯在适当条件下进行退火工艺处理时产生的。
在超微晶铁芯的实际应用中，人们可能希望其磁滞损耗越小越好，也就是其矫顽力越小越好，试验表明，在一定范围内，矫顽力和晶粒尺寸成反比，即晶粒增长时矫顽力下降，但是晶粒增长时剩磁也增长。当某些应用即需要矫顽力很小，也要将剩磁率(Br/Bs)控制在一定的范围时，传统的处理方式是在环形铁芯上进行切口，但这样将工艺变得复杂，即增加了生产成本，也降低了产品的合格率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供操作简便、剩磁控制效果好的一种超微晶铁芯强磁退火工艺。
本发明的目的是这样实现的：
一种超微晶铁芯强磁退火工艺，其特征在于：退火工艺的专用设备包括导磁方框、永磁体和方形炉，导磁方框竖直放置且其两端的开口内穿装两根相互平行的导轨，方形炉滑动安装在所述两根导轨上，与方形炉上端面和下端面相对位的导磁方框内壁表面均安装多个永磁体；
所述方形炉推入导磁方框内时位于永磁体产生的强磁场的中心处；
所述导磁方框内壁上端和下端安装的多个永磁体的表面均安装有回转形水冷管；
所述方形炉内的两侧边与上端面和下端面的交接处均为弧形过渡面；
所述永磁体产生的强磁场位于导磁方框中心位置的强度为4000～4500Oe；
所述退火工艺包括以下步骤：
⑴将超微晶铁芯轴向朝上摆放在方形炉的热处理区内，使炉内逐步升温至475℃，使超微晶铁芯均匀加热；
⑵将方形炉推入强磁场内，使方形炉位于强磁场的中心处；
⑶保持炉内温度为475～495℃，3～4小时后将方形炉自强磁场中取出；
⑷使退出强磁场的方形炉内升温至565℃，保持2～3小时；
⑸步骤⑷处理完成后，使方形炉内温度自然降温至室温后即完成了超微晶铁芯的强磁退火工艺；
步骤⑴中逐步升温的速度是1℃/分钟或者5℃/分钟；
步骤⑵中的强磁场的强度为4000～4500Oe；
步骤⑵中超微晶铁芯的轴线与强磁场的磁力线方向平行。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，通过导磁方框、永磁体形成均一覆盖的强磁场，待超微晶铁芯均匀升温后进行强磁场处理，使超微晶铁芯在轴向强磁场作用下产生感生磁晶各向异性，降低了超微晶铁芯环绕方向的磁通密度，有效的控制了剩磁，使磁导率亦得到了有效的控制，线性度变得更好，整体工艺简便，无需进行超微晶铁芯的切口处理，降低了生产成本，提高了产品的合格率。
附图说明
图1是本发明中专用设备的结构示意图；
图2是图1的左视图；
图3是方形炉内的结构示意图；
图4是本发明处理后的超微晶铁芯的动态磁滞回线；
图5是现有技术处理后的超微晶铁芯的动态磁滞回线。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种超微晶铁芯强磁退火工艺，如图1～5所示，该方法包括以下步骤：
⑴将超微晶铁芯轴向朝上摆放在方形炉的热处理区内，使炉内以1℃/分钟或者5℃/分钟的速度逐步升温至475℃，使超微晶铁芯均匀加热；
⑵将方形炉推入强度为4000～4500Oe的强磁场内，使方形炉位于强磁场的中心处且超微晶铁芯的轴线与强磁场的磁力线方向平行；
⑶保持炉内温度为475～495℃，3～4小时后将方形炉自强磁场中取出；
⑷使退出强磁场的方形炉内升温至565℃，保持2～3小时；
⑸步骤⑷处理完成后，使方形炉内温度自然降温至室温后即完成了超微晶铁芯的强磁退火工艺。
由于在传统退火工艺中引入了强磁场，所以该专用设备包括由纯铁制成的导磁方框3、永磁体4、5和方形炉2，传统加热炉的截面为圆形或椭圆形，但为了保证磁场的均匀，本发明中采用截面为方形的方形炉。
在导磁方框竖直放置且其两端的开口内穿装两根相互平行的导轨1，方形炉滑动安装在所述两根导轨上，与方形炉上端面和下端面相对位的导磁方框内壁表面均安装多个永磁体4和5。永磁体选用48H超强永磁体，在方形炉推入导磁方框内所处的中心处的磁场强度为4000～4500Oe，该数值的选取是因为：超微晶材料的饱和磁感应强度Bs＝1.25T，晶格有三个方向，磁矩在每个方向各占三分之一，这样轴向所加的磁场必须大于等于1/3Bs，所以最终选取的磁场强度为4000～4500Oe。
由于超强永磁体温度过高时会出现失磁的问题，所以为了给永磁体降温，在导磁方框内壁上端和下端安装的多个永磁体的表面均安装有回转形水冷管6，冷水从一端进入，由另一端流出。
方形炉选用不锈钢材料，考虑到边角效应造成的温度不均匀性，在方形炉内的两侧边与上端面和下端面的交接处均为弧形过渡面9，超微晶铁芯8放置在方形炉内，强磁场的磁力线7与超微晶铁芯的轴线平行。
通过试验，同一规格的超微晶铁芯(16/21*10)在强磁场下退火和普通退火后的磁滞回线如图4、5所示，本发明处理后的超微晶铁芯磁滞损耗大大地小于传统退火工艺处理的超微晶铁芯。
实施例1
变频空调上共模电感铁芯
如32/20*10，重量27g,技术要求：1kHz/0.3V,L>60uH；100KHz/0.3V,L>6uH。
两种热处理工艺对比如下：
实施例2
逆变焊机变压器铁芯
对于逆变焊机变压器铁芯，我们希望它的初级空载单匝饱和电压越大越好，这样就可以减少初级绕线匝数。以100/50*25为例，N1＝6匝。两种退火工艺比较：
由上可见，强磁场下退火工艺有其独特的优点，使得铁芯的性能及元器件的设计更加优化，更加符合电子元器件小型化、轻型化、节能化的发展方向。
本发明中，通过导磁方框、永磁体形成均一覆盖的强磁场，待超微晶铁芯均匀升温后进行强磁场处理，使超微晶铁芯在轴向强磁场作用下产生感生磁晶各向异性，降低了超微晶铁芯环绕方向的磁通密度，有效的控制了剩磁，使磁导率亦得到了有效的控制，线性度变得更好，整体工艺简便，无需进行超微晶铁芯的切口处理，降低了生产成本，提高了产品的合格率。

Claims (1)

1.一种超微晶铁芯强磁退火工艺，其特征在于：退火工艺的专用设备包括导磁方框、永磁体和方形炉，导磁方框竖直放置且其两端的开口内穿装两根相互平行的导轨，方形炉滑动安装在所述两根导轨上，与方形炉上端面和下端面相对位的导磁方框内壁表面均安装多个永磁体；
所述方形炉推入导磁方框内时位于永磁体产生的强磁场的中心处；
所述导磁方框内壁上端和下端安装的多个永磁体的表面均安装有回转形水冷管；
所述方形炉内的两侧边与上端面和下端面的交接处均为弧形过渡面；
所述永磁体产生的强磁场位于导磁方框中心位置的强度为4000～4500 Oe；
所述退火工艺包括以下步骤：
⑴将超微晶铁芯轴向朝上摆放在方形炉的热处理区内，使炉内逐步升温至475℃，使超微晶铁芯均匀加热；
⑵将方形炉推入强磁场内，使方形炉位于强磁场的中心处；
⑶保持炉内温度为475～495℃，3～4小时后将方形炉自强磁场中取出；
⑷使退出强磁场的方形炉内升温至565℃，保持2～3小时；
⑸步骤⑷处理完成后，使方形炉内温度自然降温至室温后即完成了超微晶铁芯的强磁退火工艺；
步骤⑴中逐步升温的速度是1℃/分钟或者5℃/分钟；
步骤⑵中的强磁场的强度为4000～4500 Oe；
步骤⑵中超微晶铁芯的轴线与强磁场的磁力线方向平行。
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