CN102969115A - 抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗直流分量互感器用恒导磁铁芯及其制备方法。该铁芯采用铁钴基非晶合金，制备方法包括如下步骤：母合金的冶炼、喷带、卷绕和横磁退火，所述的铁钴基恒导磁铁芯的成分(wt.%)为：钴（Co）16～24%、镍（Ni）8.5～9.5%、锰（Mn）2.5～3.5%、铬（Cr）0.05～0.1%、硅（Si）12～14%、硼（B）2.55～2.9%、铁（Fe）46～58.4%。本发明制备的非晶恒导磁铁芯，具有优良的磁特性，尤其是具有较低的剩磁和矫顽力，并且具有高的饱和磁感应强度，并且铁芯在420A/m的直流偏场下保持相对恒定的磁导率，使铁芯发挥最佳的效能，从而保证铁钴基恒导磁铁芯在抗直流分量互感器领域更具实际应用价值。

Description

抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料及制备方法

技术领域

本发明属于恒导磁铁芯的制备技术领域，尤其是涉及用于抗直流分量互感器的恒导磁铁芯的制备方法。

背景技术

随着经济社会的发展，大量的变频、开关电源以及整流设备得到广泛的应用。这些设备的大量应用，直接导致了线路中会存在严重的波形畸变，这其中所包含的直流分量逐渐加大。超微晶互感器由于磁导率很高，极易引起饱和，从而不能在次级线圈感应出足够高的电压，因此对控制电路会产生极大的误差，极易导致安全事故。所以必须采取措施，使互感器在有较大直流分量时不至于被磁化饱和。

具有抗直流分量的互感器铁芯，要求必须在正常的正弦波磁化的情况下有较高的磁导率，以此增强感应电压的输出；当在线路中有直流分量时，为了避免铁芯饱和，又要求铁芯具有低的磁导率和低剩磁，同时满足这两个矛盾的条件是很困难的。因此，为了解决电路中直流分量的检测问题，必须适当降低铁芯的磁导率，并要求这种铁芯具有较高的饱和磁感应强度和较低的剩磁。目前所制备的抗直流互感器，多是采用具有高磁导率的纳米晶铁芯和恒磁导率的非晶铁芯相复合的方法，达到抗直流的效果。但是制备这种复合铁芯，需要对纳米晶铁芯和非晶铁芯采取分别退火的方法，尤其需要对非晶铁芯采用多步退火，另外，对非晶铁芯的检测效率也较低，这些都提高了生产成本并制约了生产效率的提高。

发明内容

为了制得单铁芯的抗直流分量电流互感器用恒导磁铁芯，本发明提供了一种抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料及制备方法。

实现上述目的的技术解决方案如下：

抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料由下列重量百分比的原料制成：钴（Co）16～24%、镍（Ni）8.5～9.5%、锰（Mn）2.5～3.5%、 铬（Cr）0.05～0.1%、硅（Si）12～14%、硼（B）2.55～2.9%、铁（Fe）46～58.4%。

抗直流分量互感器铁芯材料的制备方法依序包括以下工艺步骤：

a.    将下列重量百分比的原料：钴（Co）16～24%、镍（Ni）8.5～9.5%、锰（Mn）2.5～3.5%、 铬（Cr）0.05～0.1%、硅（Si）12～14%、硼（B）2.55～2.9%、铁（Fe）46～58.4%，在真空中频炉中进行感应熔炼，然后浇铸成母合金；

b.    利用单辊旋淬法将母合金喷制成厚度为27-30μm的非晶带材；

c.    将非晶带材绕制成规定尺寸的环形铁芯；

d.    在横磁炉中对环形铁芯进行横磁热处理；出炉冷却至室温，得到抗直流分量互感器用恒导磁铁芯；

改进在于：所述d步骤的横磁场场强为2.8×10⁴ KA/m，横磁炉的退火温度为450-470℃，保温时间为2-3h；以每分钟3℃的降温速率，降温至300℃以下出炉，自然冷却至室温，得到抗直流分量互感器用恒导磁铁芯；

所述抗直流分量互感器用恒导磁铁芯的微观组织结构为非晶态；饱和磁感应强度B _s值大于1.45 T，剩磁B _r低于0.0013 T，矫顽力H _c小于0.2 A/m；在直流偏场420 A/m下，当频率在1KHz至100KHz变化时，交直流叠加磁导率为2100～2200。

与已有技术相比，本发明的有益技术效果体现在以下几个方面：

1.本发明添加了一定量的铬元素，含量为0.05～0.1%，和现有的恒导磁材料相比较，在对材料进行横磁热处理时，更有利于材料内部磁感生各向异性的生成，从而保证制备的铁芯获得更加稳定的恒导磁性能；此外本发明将硅的含量提高到12～14%，从而提高了材料的非晶形成能力，并促进了带材在退火时有序原子对的生成，使所制备铁芯的恒导磁性能更加稳定；

2.采用横磁炉一次退火的方式制备铁钴基恒导磁铁芯，和现有的双贴心抗直流分量互感器比较，避免了分步退火和多次加磁工艺，适合大规模生产，从而极大的提高了生产效率；

3.本发明制备的抗直流分量互感器用恒导磁铁芯，具有优良的磁特性，其剩磁B _r低于0.0013 T，较现有的恒导磁铁芯降低30%左右；矫顽力H _c小于0.2 A/m，较现有的恒导磁铁芯低25%左右，从而保证这种铁芯在抗直流分量互感器等领域更具实际应用价值。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

实施例1：

按照如下配方：钴（Co）：3.2Kg, 镍（Ni）：1.7Kg，锰（Mn）：0.5Kg，铬（Cr）:0.01Kg， 硅（Si）：2.4Kg，硼（B）：0.51Kg，铁（Fe）：11.68Kg，在20Kg真空熔炼炉中冶炼；

a.    浇铸成母合金；

b.    利用单辊旋淬法将母合金喷制成厚度为27μm的非晶带材；

c.    将喷制的带材绕制成内径、外径、宽高分别为17mm、24mm、8mm的环形铁芯；

d.    在横磁炉中对环形铁芯进行横磁热处理，其中：所加的横磁场强度为2.8×10⁴ KA/m，横磁炉的退火温度为450℃，保温时间为2h；

e.    降温速率为每分钟3℃，至300℃以下出炉，然后自然冷却至室温。

X射线衍射分析结果显示：制备的恒导磁铁芯为非晶态结构。

直流磁性能测试结果为：恒导磁铁芯的饱和磁感应强度B _s为1.45 T，初始磁导率μ _i为2196，剩磁B _r为0.001185 T，矫顽力H _c为0.17839 A/m。

交流磁性能测试结果为：在420 A/m的直流偏场下，当频率为1KHz时，恒导磁铁芯的交直流叠加磁导率为2100，在频率升高至100KHz时，恒导磁铁芯的交流磁导率相对变化为1.33%，在50KHz的频率下的品质因数为45.4。 

实施例2

按照如下配方：钴（Co）：4.8Kg, 镍（Ni）：1.9Kg，锰（Mn）：0.7Kg，铬（Cr）:0.02Kg， 硅（Si）：2.8Kg，硼（B）：0.58Kg，铁（Fe）9.2Kg，在20Kg真空熔炼炉中冶炼；

a.    浇铸成母合金；

b.    利用单辊旋淬法将母合金喷制成厚度为30μm的非晶带材；

c.    将喷制的带材绕制成内径、外径、宽高分别为17mm、24mm、8mm的环形铁芯；

d.    在横磁炉中对环形铁芯进行横磁热处理，其中：所加的横磁场强度为2.8×10⁴ KA/m，横磁炉的退火温度为470℃，保温时间为3h；

e.    降温速率为每分钟3℃，至300℃以下出炉，然后自然冷却至室温。

验证结果：

X射线衍射分析结果显示：制备的恒导磁铁芯为非晶态结构。

直流磁性能测试结果为：恒导磁铁芯的饱和磁感应强度B _s为1.48 T，初始磁导率为μ _i为2150，剩磁B _r为0.0012 T，矫顽力H _c为0.17675 A/m。

交流磁性能测试结果为：在420 A/m的直流偏场下，当频率为1KHz时，恒导磁铁芯的交直流叠加磁导率为2150，在频率升高至100KHz时，恒导磁铁芯的交流磁导率相对变化为1.25%，在50KHz的频率下的品质因数为44.9。

Claims (2)

1.抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料，其特征在于：由下列重量百分比的原料制成：钴16～24%、镍8.5～9.5%、锰2.5～3.5%、 铬0.05～0.1%、硅12～14%、硼2.55～2.9%、铁46～58.4%。

2.根据权利要求1所述的抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料的制备方法，依序包括以下工艺步骤：

将下列重量百分比的原料：钴16～24%、镍8.5～9.5%、锰2.5～3.5%、 铬0.05～0.1%、硅12～14%、硼2.55～2.9%、铁46～58.4%，在真空中频炉中进行感应熔炼，然后浇铸成母合金；

利用单辊旋淬法将母合金喷制成厚度为27-30μm的非晶带材；

将非晶带材绕制成规定尺寸的环形铁芯；

在横磁炉中对环形铁芯进行横磁热处理；出炉冷却至室温，得到抗直流分量互感器用恒导磁铁芯；

其特征在于：所述d步骤的横磁场场强为2.8×10⁴ KA/m，横磁炉的退火温度为450-470℃，保温时间为2-3h；以每分钟3℃的降温速率，降温至300℃以下出炉，自然冷却至室温，得到的抗直流分量互感器用恒导磁铁芯；

所述抗直流分量互感器用恒导磁铁芯的微观组织结构为非晶态；饱和磁感应强度B _s值大于1.45 T，剩磁B _r低于0.0013 T，矫顽力H _c小于0.2 A/m；在直流偏场420 A/m下，当频率在1KHz至100KHz变化时，交直流叠加磁导率为2100～2200。