CN1036667C - 铁基部分晶化合金及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及铁基非晶态合金领域。提供了一种铁基部分晶化合金，其特征是该合金的化学成分(原子%)为：
Fe81-xNixSi3.5B13.5C2，
其中X为1～10。该合金的制造方法是先冶炼母合金，再喷制非晶薄带，然后进行部分晶化处理，处理温度为400～460℃，处理时间为0.1～2小时。该合金不仅具有优异的磁特性、温度稳定性和耐大气腐蚀性能，而且所喷制的薄带表面质量好。该合金主要用于电感铁芯。

Description

铁基部分晶化合金及制造方法
本发明属于铁基非晶合金领域。主要适用于电感器件的铁芯。
电感器件是电子仪器设备中最广泛应用的元器件之一。它是以电感量为主要参数的磁器件。一般说来电感器件是指具有线性或非线性电感特性，具有贮能和滤波作用的磁器件。
通常电感器件由铁芯和线圈组成。随着信息处理和电力电子技术的飞速发展，各种电子和机电设备更趋向小型化、高频化和节能化，为此，对电感器件中的铁芯有了更高的要求，要求电感铁芯具有饱和磁感高、高频损失小、体积小、重量轻、电感量大及温度稳定性好等综合性能。
七十年代电感铁芯通常使用带气隙的硅钢、铁氧体、坡莫合金和磁粉芯。这些铁芯材料有的的饱和磁感低，有的高频损失大、电感应量小，远远满足不了使用要求。八十年代以来，先后开发了非晶态合金。这类合金具有高的磁感应饱和强度、高电阻率和低铁损等优点。如美国磁性公司开发的2605SC铁基非晶态合金(《非晶态合金及其应用》冶金工业部科学技术司，P311～312)。该合金用于恒导磁电感铁芯，取得了一定的效果。这种合金的生产方法是先按化学成分配料后，冶炼成母合金，再将母合金喷制成非晶薄带。为了获得一定的恒导磁性能，还需由非晶薄带卷绕成铁芯进行横向磁场热处理。这种热处理要有螺线管磁场炉。铁芯尺寸受到炉子内径的限制，制备大尺寸的横向磁场热处理炉，不仅投资大，技术上也有困难；另外，铁芯尺寸加大，极头相应要加长，炉子也必然跟着加长，否则退磁因子太大会造成外磁场强度不够大，影响横磁场热处理效果。故2605SC非晶合金及生产方法仍存在如下缺点。
(1)、成形困难，导致表面质量差，边部带毛刺等。
(2)、耐蚀性差，易腐蚀，成形后的产品不能放置在大气中，否则很快腐蚀，需保护在干燥的容器中或者马上进行防腐处理，使成本上升。
(3)、其生产方法不仅限制了铁芯的尺寸，而且所得的恒导磁率范围小，使用范围受到了限制。
本发明的目的在提供一种磁性能优异，成形性及耐蚀性好的铁基部分晶化合金及制造方法。
针对上述目的，本发明的技术方案如下：
其铁基部分晶化合金是在铁基非晶合金Fe78Si9B13和Fe81B13.5Si3.5C2的基础上加Ni，并适当调整B、Si含量。其具体的化学成分(原子％)为：
Fe81-xNixSi3.5B13.5C2其中X＝1～10加Ni后，能显著提高该合金熔融态的流动性，大大改善所喷制薄带的表面质量，消除边部毛刺；同时由于Ni的加入，使部分Ni原子取代了薄带表面所形成的Fe2O3。膜中的Fe原子，阻止或抑制了Fe2O3的继续氧化，从而提高薄带的耐大气腐蚀性能。
在生产方法上，采用部分晶化处理方法对非晶铁芯进行热处理，即在晶化温度以下进行热处理，使之在非晶基体上，获得一定数量的细微的晶粒，由此可得到不同μ值的恒导磁率，满足使用要求。
本发明铁基部分晶化合金的具体制造方法分三个步骤，即母合金冶炼、非晶薄带制造和部分晶化处理，现分述如下：
(一)、母合金冶炼
根据铁基部分晶化合金的化学成分范围进行配料，然后将所配原料在真空感应炉中冶炼成母合金。
(二)、非晶薄带的喷制
在单辊急冷的非晶喷带装置上，将上述冶炼的母合金喷制成厚度≤0.03mm的非晶薄带。随后可将薄带绕制成所需尺寸的铁芯。
(三)、部分晶化处理
将所喷制的非晶薄带或绕制的铁芯置于热处理炉中，在氢气保护下进行部分晶化处理，处理的温度范围为400～460℃，时间为0.1～2小时。处理之后，即成为本发明所述的铁基部分晶化合金。
本发明铁基部分晶化合金Fe81-xNixSi3.5B13.5C2用于电感铁芯。
根据本发明设计的化学成分及制造方法所制备的铁基部分晶化合金，与现有技术相比，具有如下优点：
(1)、铁损耗低，P0.05T/20K≤1.5W/Kg，特别是随着磁导率μ1的下降，铁损耗升高小。
(2)、所制作的电感铁芯的频率特性好，即随频率的增加电感量变化不大。
(3)、温度稳定性好，所制作的电感铁芯的感应磁导率随温度的变化小，而且随着温度的上升，铁损耗反而有所减少。
(4)、成形性好，表面质量好，成品率可达90％以上。
(5)、耐蚀性好，可以长期放置在大气下而不腐蚀。
(6)、生产方法简单，可制作大尺寸铁芯。
实施例
根据本发明所述的化学成分及制造方法制备了5炉铁基部分晶化合金，其具体的化学成分配比如表1所示。配料后分别在真空感应炉上冶炼成直径为25mm的母合金棒材；采用单辊急冷法将5炉母合金棒材喷制成厚度为0.03mm的非晶薄带，并根据需要将薄带绕制成不同尺寸的电感铁芯；随后在热处理炉中在氢气保护下对铁芯分别进行部分晶化处理，处理温度及时间如表2所示。另外对于经最终处理的尺寸为26×16×5mm的电感铁芯分别进行磁性、频率特性和温度稳定性的测定，测量结果分别列入了表3、表4和表5。表3为实施例电感铁芯的磁导率μ1、感应磁导率μL和铁损耗P0.05T/20K；表4为实施例电感铁芯的频率特性；表5为实施例电感铁芯在不同温度下的电感磁导率及铁损耗。由表3看出，随着磁导率μ1的下降，损耗P0.05T/20K的升高较慢较小，表4表明频率变化时，电感量变化不大，表5则显示了感应磁导率μL随温度的变化不大，随温度的上升损耗反而有所减少。
另外将合金炉号为1批号为B的尺寸为φ26×16×5mm的电感铁芯用于125KHzs单端正激励开关稳压电源中，做输出滤波电感，电源的转换效率为80％。又将合金炉号为2批号为B的尺寸为φ20×12×5mm电感铁芯用100KHz双端推挽开关稳压电源的输出滤波电感，电源转换效率≥80％。将合金炉号为4批号为A的尺寸为φ20×12×10mm的电感铁芯做为电网滤波器电感，也取得了良好的效果。表1实施例铁基部分晶化合金的化学成分(原子％)
Figure C9510745200061
表2实施例电感铁芯的部分晶化处理参数
    参数 温度   时间 μ1
炉号 批号 (℃) (小时)
1     A   440     0.2    1000-2000
    B   450     1.0    200-400
2     A   400     1.0    1000-2000
    B   450     1.5    200-400
3     A   440     0.4    1000-2000
    B   450     1.0    200-400
4     A   420     1.0    1000-2000
    C   430     1.0     400-800
    B   440     2.0     200-400
5     A   420     1.5     1000-2000
    C   430     2.0     600-800
    B   460     0.8     200-400
表3  实施电感铁芯的μ1、μL、P0.05T/20K(W/Kg)
炉号 批号 μ1(GS/Oe) μL(GS/Oe) P0.05T/20K(W/Kg)
  1   B     200     210     1.20
    2     B     220     221     1.21
    3     B     340     331     0.69
    4     C     480     446     0.698
    5     C     680     578     0.555
表4  实施例电感铁芯的频率特性
炉号 批号 磁导率 项    目     频率，KHz
  1      3        5    10    30       50    100
  1   B   231 电感相对值，％品质因数 100     99.8    99.7    -    98.3    97.8    975.0    13.4    20.3    -    48.0    50.0    44.0
  1   B   378 电感相对值，％品质因数 100     99.8    99.8    -    98.1    97.5    96.86.5     17.0    25.0    -    55.0    56.0    47
  4   A   1107 电感相对值，％品质因数 100     98.6    97     93.1  89.5    87.5    87.58.3    10.2    10.7   23.4  39.8    35.0    25.8
  5   A   1969  电感相对值，％品质因数 100     97.7    95.2   92    87.1    85.1    83.312.2   16.1    19.8   23.4  20.3    16.8    11.0
表5  实施例电感铁芯的感应磁导率及损耗随温度的变化
炉号 批号     -40℃     23℃     60℃     100℃
    μLGs/0e     P0.05T/20KW/Kg     μLGs/Oe     P0.06T/20KW/Kg     μLGs/Oe   P0.05T/20KW/Kg     μLGs/Oe     P0.05T/20KW/Kg
  4     C     573     0.333     656     0.299     679     0.274     740     0.265
  C     585     0.324     657     0.271     712     0.276     754     0.260
  1   B     295     0.709     331     0.690     339     0.593     366     0.587
  2   B     303     0.709     337     0.637     348     0.630     373     0.563
  B     275     0.980     299     1.05     334     0.828     367     0.723

Claims (2)

1、一种铁基部分晶化合金，其特征在于化学成分(原子％)为：
  Fe81-xNixSi3.5B13.5C2其中X＝1～10。
2、一种权利要求1所述的铁基部分晶化合金的制造方法，其特征在于该方法包括配料、母合金冶炼、非晶薄带喷制及热处理，热处理为在氢气保护下部分晶化处理，部分晶化处理的温度为400～460℃，处理时间为0.1～2小时。
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