CN103820741B - 一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法，该合金材料由以下原子配比的合金制成：(Fel-x-yCrxMoy)]-a-b-c-d(Col-zZrz)aBbSicFd，其中x=0.03-0.04，y=0.15-0.20，z=0.05-0.1，a=0.25-0.3，b=0.03-0.04，c=0.03-0.05，d=0.01-0.015。该制备方法包括如下步骤：(1)制备合金；(2)制备铁芯。本发明制备的导磁合金材料，采用铁钴材料为基体，在其中掺杂铬和钼，改善材料的硬度和耐高温性能，掺杂Zr、Si提高了材料的软磁性能及磁饱和强度，在材料中掺杂F、B等非金属元素，来提高材料的内阻。因此，该铁芯用于节能电机时，具有较好的磁性能、较低的能量损耗和较长的使用寿命。
Description
所属技术领域
本发明涉一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法。
背景技术
随着工业化进程加速，能源问题已成为当代社会的焦点问题，节能材料的研究已经成为材料研究的一个重要方面。电机作为各类机械的重要基础部件之一，其效率高低对节约能源乃至经济的可持续发展有着重大影响。
传统的交／直流发电机和电动机通常采用硅钢片作为定子铁芯，所述硅钢片的电阻率和磁导率较低，形成的磁场涡流较大，导致铁损较大，尤其在高频电机中铁损更大，导致电机因温升较高而令电机性能降低，电机寿命缩短；此种电机在几千赫的高频下一般不能使用。现有的硅钢片制备的铁芯已经不能满足节能电机的高效节能的要求。
铁钴基软磁合金与铁基、铁硅基的软磁合金相比，具有居里温度高的优点，因此它解决了铁基、铁硅基的软磁合金只能在低温下应用的限制。铁钴基软磁材料具有高磁导率、高饱和磁通、低矫顽力、低铁损等优点，但由于其强度及韧性较低，其应用主要限制在条带形式，而难于广泛应用。而节能电机材料要求既有良好的软磁性能，同时兼具一定的强度及硬度，以满足其某些的特殊工作环境下的长时间服役。
发明内容
本发明提供一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法，该导磁合金材料具有优异的软磁性能及耐高温特性。
为了实现上述目的，本发明提供的用于节能电机的导磁合金材料由以下原子配比的合金制成：(Fel-x-yCrxMoy)1-a-b-c-d(C01-zZrz)aBbSicFd，其中x=0.03-0.04，y=0.15-0.20，z=0.05-0.1，a=0.25-0.3，b=0.03-0.04，c=0.03-0.05，d=0.01-0.015。
为了实现上述目的，并发明还提供了一种上述导磁合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)制备合金
根据各合金成分配比要求称取纯度大于99.9％的Fe、Cr、B-Fe、Si-Fe、F-Fe、Mo、Zr，抽真空至5×10-4Pa以下，反复熔炼4-6次，每次磁力搅拌1-3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，将熔炼好的母合金破碎，用蒸馏水、酒精清洗干净；
将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在氩气和氢气混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为35-40m／s铜辊上快速急冷，喷射压强为1-1.5Mpa，得到宽度为15-35mm、厚度为15-20μm的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在氩气：氢气=5∶1-3∶1；
(2)制备铁芯
将非晶条带放入真空热处理炉中，抽真空至3-4×10-4Pa，升温至600-650℃，保温2-3h，随炉冷却；将晶化热处理后的非晶条带放入不锈钢球磨罐内，加入轴承钢制的钢球，球料比为5∶1-10∶1，并加入乙二醇中球磨3-4h，得到粒径约为10μm的粉体；
将粉体装入模具中进行压制成形，加压大小为750-1000MPa，并保压2-3h，得到生坯；压制好的生坯放入真空热处理炉中，抽真空至3-4×10-4Pa，升温至1200-1250℃，保温1-2h，然后随炉冷却，得到产品。
本发明制备的导磁合金材料，采用铁钴材料为基体，在其中掺杂铬和钼，改善材料的硬度和耐高温性能，掺杂Zr、Si提高了材料的软磁性能及磁饱和强度，在材料中掺杂F、B等非金属元素，来提高材料的内阻。因此，该铁芯用于节能电机时，具有较好的磁性能、较低的能量损耗和较长的使用寿命。
具体实施方式
实施例一
本实施例的节能电机的导磁合金材料由以下原子配比的合金制成：Fe0.82Cr0.03Mo0.15)0.68(Co0.95Zr0.05)0.25B0.03Si0.03F0.01。
根据各合金成分配比要求称取纯度大于99.9％的Fe、Cr、B-Fe、Si-Fe、F-Fe、Mo、Zr，抽真空至5×10-4Pa以下，反复熔炼4次，每次磁力搅拌1min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，将熔炼好的母合金破碎，用蒸馏水、酒精清洗干净。
将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在氩气和氢气混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为35m／s铜辊上快速急冷，喷射压强为1Mpa，得到宽度为15mm、厚度为15μm的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在氩气：氢气=5∶1。
将非晶条带放入真空热处理炉中，抽真空至3×10-4Pa，升温至600℃，保温3h，随炉冷却；将晶化热处理后的非晶条带放入不锈钢球磨罐内，加入轴承钢制的钢球，球料比为5∶1，并加入乙二醇中球磨4h，得到粒径约为10μm的粉体。
将粉体装入模具中进行压制成形，加压大小为750MPa，并保压3h，得到生坯；压制好的生坯放入真空热处理炉中，抽真空至3×10-4Pa，升温至1200℃，保温2h，然后随炉冷却，得到产品。
实施例二
本实施例的节能电机的导磁合金材料由以下原子配比的合金制成：(Fe0.76Cr0.04Mo0.2)0.595(Co0.9Zr0.1)0.3B0.04Si0.0sF0.015。
根据各合金成分配比要求称取纯度大于99.9％的Fe、Cr、B-Fe、Si-Fe、F-Fe、Mo、Zr，抽真空至5×10-4Pa以下，反复熔炼6次，每次磁力搅拌3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，将熔炼好的母合金破碎，用蒸馏水、酒精清洗干净。
将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在氩气和氢气混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为40m／s铜辊上快速急冷，喷射压强为1.5Mpa，得到宽度为35mm、厚度为20μm的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在氩气：氢气＝3∶1。
将非晶条带放入真空热处理炉中，抽真空至4×10-4Pa，升温至650℃，保温2h，随炉冷却；将晶化热处理后的非晶条带放入不锈钢球磨罐内，加入轴承钢制的钢球，球料比为10∶1，并加入乙二醇中球磨3h，得到粒径约为10μm的粉体。
将粉体装入模具中进行压制成形，加压大小为1000MPa，并保压2h，得到生坯；压制好的生坯放入真空热处理炉中，抽真空至4×10-4Pa，升温至1250℃，保温1h，然后随炉冷却，得到产品。
比较例
合金成分(质量百分比)为C：0.01％，Si：0.74％，Mn：0.18％，Ni：31.99％，Co：29.12％，Mo：3.0％，Cu：0.2％，Ce：0.02，其余为Fe。在真空感应炉中冶炼浇注后，合金经1200℃保温，再热锻成40mm×200mm扁坯；锻坯表面修磨后，经1180℃保温再热轧成5mm×210mm热轧带坯；热轧带坯冷轧开坯至2.0mm后，经一次1050℃中间退火软化后冷轧成0.5mm厚带材。冷轧带材经热处理后测试相关性能，所采用的热处理工艺为：1180℃×5h，以150℃／h的冷速冷却到700℃快冷到室温出炉，H2保护，其余步骤同实施例1。
对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的铁芯进行磁性能测试以及损耗测试，在25℃进行测试，(1)损耗测量采用SY8232B-H测试仪，测试条件为磁感1.5T，频率为50Hz，记为P15／50。(2)合金的饱和磁感应强度Bs采用静态磁性能测量仪，以磁场为1000A／m下的磁感应强度作为合金的饱和磁感应强度Bs。测试结果显示：实施例1-2的损耗相对比较例降低20％以上，饱和磁感应强度相对比较例提高20-25％以上。
Claims (2)
1.一种用于节能电机的导磁合金材料，其特征在于该合金材料由以下原子配比的合金制成：(Fe1-x-yCrxMoy)1-a-b-c-d(Co1-zZrz)aBbSicFd，其中x＝0.03-0.04，y＝0.15-0.20，z＝0.05-0.1，a＝0.25-0.3，b＝0.03-0.04，c＝0.03-0.05，d＝0.01-0.015。
2.一种如权利要求1所述的导磁合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
(1)制备合金
根据各合金成分配比要求称取纯度大于99.9％的Fe、Cr、B-Fe、Si-Fe、F-Fe、Mo、Zr，抽真空至5×10-4Pa以下，反复熔炼4-6次，每次磁力搅拌1-3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，将熔炼好的母合金破碎，用蒸馏水、酒精清洗干净；
将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在氩气和氢气混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为35-40m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1-1.5MPa，得到宽度为15-35mm、厚度为15-20μm的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在氩气∶氢气＝5∶1-3∶1；
(2)制备铁芯
将非晶条带放入真空热处理炉中，抽真空至3-4×10-4Pa，升温至600-650℃，保温2-3h，随炉冷却；将晶化热处理后的非晶条带放入不锈钢球磨罐内，加入轴承钢制的钢球，球料比为5∶1-10∶1，并加入乙二醇，球磨3-4h，得到粒径为10μm的粉体；
将粉体装入模具中进行压制成形，加压大小为750-1000MPa，并保压2-3h，得到生坯；压制好的生坯放入真空热处理炉中，抽真空至3-4×10-4Pa，升温至1200-1250℃，保温1-2h，然后随炉冷却，得到产品。
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