CN103632836A - 金属玻璃磁芯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种制备过程简单、能耗低、无污染的金属玻璃磁芯的制备方法,其可制得耐磨耐腐,磁导率高,矫顽力小,能耗低,形状复杂的磁芯。本制备方法是,根据组成金属玻璃的各元素重量百分比,称取各纯元素原料,放在熔炼炉的坩埚内,对坩埚抽真空后冲入氩气压力至500-700mbar,对混合料进行熔炼,完全熔化后再持续熔炼4-6分钟;然后冷却,使得熔化的混合料凝固成合金;把合金锭来回翻转;重复熔炼3-5次,得到成分均匀的合金锭,打磨掉表面氧化膜;把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中,置于铸造设备的感应线圈中,对石英玻璃管抽真空至10-3Pa后充入适量氩气,熔化合金锭;利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中,一次成型得到磁芯。
Description
技术领域
本发明涉及磁芯的制备方法,具体地说,是一种用于应力无损检测的传感器金属玻璃磁芯的制备方法。
背景技术
在铁磁性支护设备,用磁性的方法进行应力测试具有很大的优越性:价格便宜;设备小巧,携带方便,测试灵活;获取信息的速度快;且无需进行表面处理;既可以进行接触式测量,也可以进行非接触与在线测量。
然而,目前的传感器磁芯材料主要采用传统的磁性材料,如纯铁、铁硅合金、铁氧体、铁基非晶合金条带,磁导率和饱和磁化强度均偏低,使用它们制作的磁芯传感器,不仅需要的电流大,损耗高,而且信号也容易失真,在高瓦斯矿井中还可能诱发安全事故。此外,纯铁在制作过程中主要需要切削加工,加工流程复杂,高耗能,高污染;硅钢片也需要切削加工,并进行叠片;铁氧体需要将粉末进行高温压制粘接,制成的磁芯强度不高;铁基非晶合金条带则需要很多条带叠加在一起,制作过程复杂。以上几种材料均难以制成形状复杂的传感器探头磁芯,不能应力磁性无损检测的要求,并且,制作出的传感器磁芯磁导率低,损耗大,噪音大。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备过程简单、能耗低、无污染的金属玻璃磁芯的制备方法,该方法能够制备出形状复杂的金属玻璃磁芯,其制备的金属玻璃磁芯耐磨耐腐,可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境,其磁导率高,矫顽力小,能耗低。
本发明的金属玻璃磁芯的制备方法,包括下述步骤:
a、根据组成金属玻璃的各元素的重量百分比,称取各纯元素原料;
b、把各元素的混合料放在熔炼炉的坩埚内,先对坩埚抽真空,再冲入氩气压力至500-700mbar;
c、对坩埚内的混合料进行熔炼,完全熔化后再持续熔炼4-6分钟;然后冷却坩埚,使得熔化的混合料凝固成合金;把合金锭来回翻转;
d、再重复步骤c3-5次,得到成分均匀的合金锭,然后打磨掉表面的氧化膜;
e、把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中,置于铸造设备的感应线圈中,对石英玻璃管抽真空至10-3Pa后充入适量氩气,熔化合金锭;利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中,一次成型得到磁芯。
上述的金属玻璃磁芯的制备方法,所述金属玻璃为Fe36Co36B20Si4Nb4、Fe76Si9B10P5、Fe75Mo5P10C7.5B2.5、Fe74Mo6P13C7或者Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5。
上述的金属玻璃磁芯的制备方法,步骤a中,各纯元素纯度≥99%。
上述的金属玻璃磁芯的制备方法,在步骤d后步骤e之前,将合金锭表面杂质磨掉,然后置于酒精中用超声波清洗。
上述的金属玻璃磁芯的制备方法,铜模内具有开口向下的U形槽及与U形槽的上部中间相通的、上下延伸的浇注通道;铜模由对称的左模和右模贴合而成,贴合面上均开有支槽以及支浇注通道;U形槽由各支槽组成,浇注通道由各支浇注通道组成。
上述的金属玻璃磁芯的制备方法,铜模内具有上下延伸的浇注通道和两个开口向下的U形槽,浇注通道与两个U形槽的上部中间相通,两个U形槽所在的平面相垂直;铜模由以浇注通道轴线为对称轴成中心对称的四部分组成,在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合,贴合面上开有支浇注通道和支槽;U形槽由各支槽组成,浇注通道由各支浇注通道组成。支槽的深度是U形槽深度的一半。
本发明的有益效果:
本发明制备磁芯可以一次快速成型,工艺流程简单,能够制备出形状复杂,性能优异的金属玻璃传感器磁芯。铁磁性块体金属玻璃是性能优异的软磁材料,具有高强度和高耐磨、高耐腐蚀性能,可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境。其软磁性能优于常见的纯铁、铁氧体等材料,具有磁导率高、矫顽力小等特点,可以有效减小励磁电流、节约能源,提高效率与精度。
附图说明
图1是石英玻璃管与铜模等的相对位置示意图。
图2是制备U形磁芯的左模示意图;
图3是制备U形磁芯的右模示意图;
图4是制备四级磁芯的铜模示意图;
图5是制备四级磁芯的铜模的一部分示意图。
图6是制备出的四级磁芯示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。
选择合金Fe36Co36B20Si4Nb4,Fe76Si9B10P5,Fe75Mo5P10C7.5B2.5,Fe74Mo6P13C7,Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5等铁磁性金属玻璃软磁材料。根据合金成分的原子百分比,先将合金的原子百分比转换成重量百分比,按比例称量好纯度为99%以上的纯元素原料,备用。将纯元素原料按上述配比成混和料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内,首先对坩埚抽真空至然后充入氩气至气压为600mbar,对混合料进行熔炼。完全熔化后再持续熔炼5分钟。等合金随铜坩埚冷却至凝固后,迅速将其翻转,反复熔炼3–5次,每次合金凝固后均翻转,最后得到成分均匀的合金锭。将获得的合金锭用砂轮磨掉表面杂质,然后置于酒精中用超声波清洗,最后破碎成小块。
首先将小块合金装入下端有开口11的石英玻璃管1中,然后置于铸造设备的感应线圈2中,如图1所示。对石英玻璃管抽真空至10-3Pa后充入适量氩气,对小块合金高频熔化。然后利用压力差(石英玻璃管内的压力高于石英玻璃管外、铜模所处空间的压力)将熔融的合金液5喷入铜模3中,一次成型即可得到U形磁芯或四级磁芯。
参见图2、3,为制备U形磁芯使用的铜模3,铜模由对称的左模31和右模32贴合而成,贴合面上均开有支槽33以及支浇注通道34。左模31和右模32贴合后,两个支槽33合并形成铜模内的开口向下的U形槽,两个支浇注通道34合并形成铜模内的上下延伸的浇注通道。U形槽的上部中间与浇注通道的下端相通。通过该铜模可以制备出U形磁芯。
参见图4、5,为制备四极传感器磁芯使用的铜模3,由以浇注通道35轴线为对称轴成中心对称的四部分36-39组成,在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合,贴合面上开有支浇注通道40和支槽41。四部分36-39贴合后形成的铜模内具有上下延伸的浇注通道35和两个开口向下的U形槽42,U形槽42由各支槽41组成,浇注通道35由各支浇注通道组成。浇注通道35与两个U形槽42的上部中间相通,两个U形槽所在的平面相垂直。支槽的深度是U形槽深度的一半。通过该铜模可以制备出四极磁芯,参见图6。
本发明的传感器磁芯制备过程中无需进行复杂的切削加工,直接用铜模铸造一次成型,流程简单,低耗能,低污染。制备出的用于内部应力无损检测的传感器探头强度高(压缩强度≥4000Mpa)、耐磨耐腐蚀能,可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境;具有磁导率高(有效磁导率≥20000)、矫顽力小(矫顽力<5A/m)等特点,不仅可以有效减小励磁电流、节约能源,而且可以提高测量的灵敏度和准确率,获取信息的速度快,效率高;且无需进行表面处理;既可以进行接触式测量,也可以进行非接触与在线测量。
Claims (8)
1.金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:它包括下述步骤:
a、根据组成金属玻璃的各元素的重量百分比,称取各纯元素原料;
b、把各元素的混合料放在熔炼炉的坩埚内,先对坩埚抽真空,再冲入氩气压力至500-700mbar;
c、对坩埚内的混合料进行熔炼,完全熔化后再持续熔炼4-6分钟;然后冷却坩埚,使得熔化的混合料凝固成合金;把合金锭来回翻转;
d、再重复步骤c3-5次,得到成分均匀的合金锭,然后打磨掉表面的氧化膜;
e、把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中,置于铸造设备的感应线圈中,对石英玻璃管抽真空至10-3Pa后充入适量氩气,熔化合金锭;利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中,一次成型得到磁芯。
2.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:所述金属玻璃为Fe36Co36B20Si4Nb4、Fe76Si9B10P5、Fe75Mo5P10C7.5B2.5、Fe74Mo6P13C7或者Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5。
3.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:步骤a中,各纯元素纯度≥99%。
5.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:在步骤d后步骤e之前,将合金锭表面杂质磨掉,然后置于酒精中用超声波清洗。
6.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:铜模内具有开口向下的U形槽及与U形槽的上部中间相通的、上下延伸的浇注通道;铜模由对称的左模和右模贴合而成,贴合面上均开有支槽以及支浇注通道;U形槽由各支槽组成,浇注通道由各支浇注通道组成。
7.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:铜模内具有上下延伸的浇注通道和两个开口向下的U形槽,浇注通道与两个U形槽的上部中间相通,两个U形槽所在的平面相垂直;铜模由以浇注通道轴线为对称轴成中心对称的四部分组成,在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合,贴合面上开有支浇注通道和支槽;U形槽由各支槽组成,浇注通道由各支浇注通道组成。
8.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法,其特征是:支槽的深度是U形槽深度的一半。
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