CN1050109A

CN1050109A - 恒导磁非晶态磁芯制法

Info

Publication number: CN1050109A
Application number: CN 89106984
Authority: CN
Inventors: 张家骥
Original assignee: INSTITUTE OF METALLURGY CAPITAL IRON AND STEEL CORP
Current assignee: INSTITUTE OF METALLURGY CAPITAL IRON AND STEEL CORP
Priority date: 1989-09-03
Filing date: 1989-09-03
Publication date: 1991-03-20
Anticipated expiration: 2004-09-03
Also published as: CN1020171C

Abstract

本发明属于软磁非晶态材料及其磁芯制作工艺。该发明选用Fe基和Fe-Co基非晶合金，通过横向磁场退火制成恒导磁非晶磁芯系列，该系列的最大恒导磁场Hmax分别为：1.6、4、6.4和12A/cm，它们的线性导磁率相应为4000、1600、1000和500。本发明是采用控制Co、Ni和Mn元素的含量，使材料产生不同磁感生各向异性常数Ku的方法。该磁芯系列具有高的饱和磁感Bs值(大于1.43T)，低的高频磁芯损耗，优良的高频特性，其最高工作频率可达400KHz。适合用于中小功率的高频滤波和贮能电感器件。

Description

本发明属于软磁非晶态材料及其磁芯制作工艺。

原有恒导磁磁芯材料均采用带气隙铁氧体、磁粉芯和恒导磁坡莫合金。主要用于高频滤波和贮能电感器件。前两种材料由于导磁率低、铁芯体积重量大，不适于电子器件的高效化小型轻量化的要求，特别是在小功率小电流的情况下，这种缺点更为突出。

通常使用的恒导磁坡莫合金磁芯，例如1J66、1J34H、1J34KH的恒导磁场范围分别为0～1.2、0～7、0～16A/cm，合金中含有大量的贵重金属Ni和Co，例如，1J34H的化学成分为（at%）Ni34、Co29、Mo3。退火工艺较复杂，需要1200℃高温氢气退火和700℃横磁退火两道退火工序，这些坡莫合金的主要缺点是电阻率低，高频损耗高，而且高频磁性较差。

到目前为止，除1985年日本开发出带气隙的非晶电感磁芯之外，尚没有作为电感的恒导磁非晶闭路磁芯。

本发明所研制的新型恒导磁非晶磁芯材料是以铁为基本成分，同时加入了少量的Co、Ni、Mn、Si、B等元素，这样可以保持高的饱和磁感值Bs和低的成本，同时具有高的电阻率（大于130μΩ·cm），优良的高频磁性、低铁损和小的矫顽力。

在合金元素中，Co、Ni、Mn可以在不严重降低Bs的条件下，提高非晶的磁感生各向异性Ku。Si和B元素是非晶形成元素，同时，还可以用来调节晶化温度和Bs值，以利于退火工艺的制定。

本发明采用横向磁场退火的方法获得恒导磁特性的。本合金系列的特征是通过调节合金中Co、Ni和Mn的含量，用以控制合金的磁感生各向异性常数Ku，以便获得不同恒导磁场范围的材料，形成一个恒导磁非晶合金系列。

采用真空熔炼炉冶炼并铸成棒状母材，根据系列中最大恒导磁场的不同要求，其母材的化学成分是不同的，详细非晶合金系列的化学成分列于表1。表中恒导磁非晶系列为AI系列，它以最大恒导磁场Hmax的数字作为合金档次的标誌。

用单辊法制出所要求宽度的非晶带材，然后卷挠成环形或跑道形磁芯。

本发明对不同的合金挡次和化学成分，采用了不同的横向磁场退火工艺，具体工艺参数列于表2，所有横磁退火的外加磁场强度为300A/cm。并且在纯氮或氩气气氛中保护退火，表面应保持不被氧化。

本发明研制的恒导非晶磁芯具有良好的综合磁特性，表3示出了四个档次的磁芯的交直流磁特性，作为参考比较，表中同时列出了现用Mo坡莫磁粉芯，FeSiAl粉芯，铁氧体和恒导坡莫合金磁芯的磁性。

由表3可看出，本发明研制非晶磁芯的饱和磁感Bs和导磁率远高于磁粉芯和铁氧体。而在磁芯损耗和高频特性方面优于恒导磁坡莫合金磁芯。

由于磁粉芯和铁氧体的饱和磁感值B₁₀₀较小，在相同恒导磁磁场范围的情况下，其导磁率仅为本发明的磁芯的 1/2 ～ 1/3 ，因此，在相同电参数的工作条件下，本发明的磁芯体积只为磁粉芯和铁氧体的 1/2 ～ 1/3 。并且新磁芯的损耗和温升均降低。

由表3还可以看出，新磁芯的高频损耗大大低于恒导磁坡莫合金磁芯，这样使原来恒导坡莫合金磁芯的最大工作频率50KH_z提高到新磁芯的400KHz。

由于本发明研制的恒导非晶磁芯是以铁为基的，而且退火工艺简单，因此其成本和价格优于恒导坡莫合金，适于大批量生产。在性能/价格比方面本发明的磁芯产品可与铁氧体和磁粉芯相竞争。

实施例1

用真空炉冶炼出AI-5非晶合金母材，其化学成分为（at%）Co12、Ni6、Si9、B13，按上述制法制成5mm宽非晶带，卷挠成Φ16/26×5环形磁芯，经460℃30min的横磁退火后获得Bs＝1.46T、P0.5/20K0.14W/kg的磁特性，在4A/cm的直流偏场下获得1KHz的交流导磁率

为2.38×10^-3H/M（1900Gs/Oe）。当工作频率由1KH_z至100KH_z变化时，其的相对变化为

表3

接表3

2％Mo坡莫磁粉芯（美）	Fe-Si-Al磁粉芯（日）	铁氧体H₆₃带气隙（日）	恒导坡莫合金1J34H0.03mm厚
				0.6	0.46	0.5	1.46
6.4	-	6.4	6.4
				0.38(300)	0.08(60)	0.38(300)	1.38(1100)
			1.51
				Pl/25K、12.8（Bm=0.1Tf=25KH₂）	Pl/25K115（Bm=0.1Tf=25KH₂）	Pl/25K5.8（无气隙）（Bm=0.1Tf=25KH₂）	25.4
0.4	0.08	0.16（无气隙）	0.4
				＜800	＜800	＜300	＜50

1.9%，在30KH_z频率下的品质因数为18.4。

实施例2

将AI-8真空冶炼成母材，其成份为（at%）Co22、Ni6、Si9，B13。用单辊法制出5mm宽带材，卷挠成Φ10/16×5的磁环，然后经440℃30min横磁退火，获得如下交直流磁特性：Bs＝1.45T，P0.5/20K＝0.37W/kg，在6.4A/cm的直流偏磁场下交直流叠加导磁率

为1.31×10^-6H/M（1050Gs/Oe），在该磁环上挠成线经为0.3mm铜线64匝，测得初级电感量L为1.42mh，用于输出为±15V、0.2A工作频率为25KH_z的模块开关电源的滤波电感其纹波电压＜1mv。

Claims

1、软磁非晶态材料及其磁芯制法，其特征在于化学成份(重量%)为：Ni2～3，Co2～8，Mn0～2，Si6～10，B12～15，Fe余量，使用真空冶炼的母材，用单辊法制成规定宽度的非晶带材，绕成环形或跑道形铁芯，然后在纯氮或氩气气氛中进行横磁退火处理，其横磁磁场强度为300A/cm。

2、根据权利要求1所述的制法，其特征在于衡磁场退火工艺为：加热温度440～460℃，保温时间0.5～1.5小时。

3、软磁非晶材料及其磁芯制法，其特征在于化学成分（重量%）为：Ni2～8，Co12～20，Mn0～2，Si6～10，B12～15，Fe余量，使用真空冶炼的母材，用单辊法制成规定宽度的非晶带材，绕成环形或跑道形铁芯，然后在纯氮或氩气气氛中进行退火处理，其横磁磁场强度为300A/cm。

4、根据权利要求3所述的制法，其特征在于横磁场退火工艺为：加热温度440～460℃，保温时间0.5～1.5小时。

5、软磁非晶材料及其磁芯制法，其特征在于化学成分（重量%）为：Ni2～8，Co22～32，Mn0～2，Si6～10，B12～15，Fe余量，使用真空冶炼的母材，用单辊法制成规定宽度的非晶带材，绕成环形或跑道形铁芯，然后在纯氮或氩气气氛中进行横磁退火处理，其横磁磁场强度为300A/cm。

6、根据权利要求5所述的制法，其特征在于横磁场退火工艺为：加热温度420～440℃，保温时间0.5～1.5小时。

7、软磁非晶材料及其磁芯制法，其特征在于化学成分（重量%）为：Ni2～8，Co36～46，Mn0～2，Si4～8，B10～14，Fe余量，使用真空冶炼的母材，用单辊法制成规定宽度的非晶带材，绕成环形或跑道形铁芯，然后在纯氮或氩气气氛中进行横磁退火处理，其横磁磁场强度为300A/cm。

8、根据权利要求7所述的制法，其特征在于横磁退火工艺为：加热温度370～390℃，保温时间1～2小时。