CN105695704A - 一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法 - Google Patents

一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，包括如下步骤：1)金属合金粉末的制备；2)填充颗粒的制备；3)非晶铁芯的放置；4)晶化处理；5)加磁场；6)充惰性气体；7)程序升温h；8)降温处理；9)表面处理。本发明的变压器超顺磁性铁芯用于大功率电源变压器、开关电源中的变压器、扼流圈、平波电抗以及漏电开关铁芯，使用广泛，安全可靠。

Description

一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法
技术领域
本发明一种变压器铁芯热处理工艺，特别涉及一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法。
背景技术
变压器磁芯是大功率逆变电源中的重要部件，它需要磁导率相对比较高，热稳定性好，尤其重要的是损耗要低。大功率逆变电源磁芯使用的材料主要是非晶和纳米晶软磁合金，只有少量较小功率的电源使用功率铁芯氧体。近年来非晶和纳米晶合金在大功率逆变电源中的应用不断增长，由于节约能源的需要和环保要求的不断提高，市场迫切需要提供性能更好、损耗更低的大功率逆变电源磁芯。
单位体积或重量的能量密度很高，这样就要求变压器磁芯的铁芯损必须很小。现有技术中非晶铁芯通用的热处理方法为，将非晶铁芯放入热处理罐中，热处理罐内呈真空状态，然后在热处理罐的罐体外侧通过加热棒对热处理罐内加热，由此来实现对非晶铁芯的热处理，对热处理罐的罐体要求比较高，同时使热处理过程也存在一定的危险性。
总之，现有技术中铁芯通用的热处理方法均存在各种技术缺陷，本发明提出一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，以克服上述缺陷。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案是：一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，包括如下步骤：1)金属合金粉末的制备；2)填充颗粒的制备；3)非晶铁芯的放置；4)晶化处理；5)加磁场；6)充惰性气体；7)程序升温h；8)降温处理；9)表面处理。
进一步的，包括如下详细步骤，1)金属合金粉末的制备：以四氧化三铁芯、铬、硼铁芯为原料，按质量分数分别为26.1％，47.6％，26.3％配制并熔炼而成的合金，然后机械切割打磨成直径为0.3-0.5mm的小球，得到金属合金粉末；2)填充颗粒的制备：将所述金属合金粉末放置于含亲水性支化有机聚合物的水介质内加热搅拌，所述介质为凝胶，所述支化聚合物为淀粉，并在该水介质中添加有水和丙酮，其中所述的水、丙酮、淀粉和凝胶的质量之比为15∶2∶7∶9；所述加热搅拌的温度为80-85℃，时间为3-6h，即得到填充颗粒；3)非晶铁芯的放置：将非晶铁芯放入石英管中，将非晶铁芯至于石英管的中心位置，然后将非晶铁芯与石英管之间的空隙填充满所述的填充颗粒；4)晶化处理：将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为270-300℃，晶化处理时间为300min-500min；5)加磁场：在所述的石英管外周缠绕布满电磁线圈，控制电磁线圈在130-180匝；6)充惰性气体：抽真空后充入惰性气体，具体为在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.6-0.8MPa；7)程序升温：设定好升温曲线，升温至保温温度，具体为控制升温速率为8℃～10℃/min，升温到600℃保持该温度3-5h；8)降温处理：然后以2℃/min的平均冷却速率把所述的石英管以及其内的非晶铁芯冷却到室温，并保持磁场磁力2h；9)表面处理：在铁芯心表面涂布环氧树脂与硬脂酸锌的混合物膜，其中环氧树脂与硬脂酸锌的质量之比为3∶1。
优选，机械切割打磨成直径为0.4mm的小球。
优选，步骤2)中所述加热搅拌的温度为85℃，时间为4h，即得到填充颗粒。
优选，步骤6)在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.7MPa。
优选，步骤4)中，将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为280℃，晶化处理时间为400min。
优选，步骤5)控制电磁线圈在150匝。
优选，步骤7)控制升温速率为10℃/min，升温到600℃保持该温度3h。
本发明还提供一种上述的方法得到的变压器超顺磁性铁芯，变压器超顺磁性铁芯用于大功率电源变压器、开关电源中的变压器、扼流圈、平波电抗以及漏电开关铁芯。
优选，本发明的变压器超顺磁性铁芯磁导率μ为27000～28000，损耗值P5/20K为13～15w/kg，剩磁比Br/Bs为0.12～0.17。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明进行进一步的详细描述。
实施例1
一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，包括如下步骤：1)金属合金粉末的制备：以四氧化三铁芯、铬、硼铁芯为原料，按质量分数分别为26.1％，47.6％，26.3％配制并熔炼而成的合金，然后机械切割打磨成直径为0.4mm的小球，得到金属合金粉末；2)填充颗粒的制备：将所述金属合金粉末放置于含亲水性支化有机聚合物的水介质内加热搅拌，所述介质为凝胶，所述支化聚合物为淀粉，并在该水介质中添加有水和丙酮，其中所述的水、丙酮、淀粉和凝胶的质量之比为15∶2∶7∶9；所述加热搅拌的温度为84℃，时间为4h，即得到填充颗粒；3)非晶铁芯的放置：将非晶铁芯放入石英管中，将非晶铁芯至于石英管的中心位置，然后将非晶铁芯与石英管之间的空隙填充满所述的填充颗粒；4)晶化处理：将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为280℃，晶化处理时间为400min；5)加磁场：在所述的石英管外周缠绕布满电磁线圈，控制电磁线圈在150匝；6)充惰性气体：抽真空后充入惰性气体，具体为在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.7MPa；7)程序升温：设定好升温曲线，升温至保温温度，具体为控制升温速率为9℃/min，升温到600℃保持该温度4h；8)降温处理：然后以2℃/min的平均冷却速率把所述的石英管以及其内的非晶铁芯冷却到室温，并保持磁场磁力2h；9)表面处理：在铁芯心表面涂布环氧树脂与硬脂酸锌的混合物膜，其中环氧树脂与硬脂酸锌的质量之比为3∶1。得到的变压器超顺磁性铁芯磁导率μ为27500，损耗值P5/20K为14w/kg，剩磁比Br/Bs为0.16。
实施例2
一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，1)金属合金粉末的制备：以四氧化三铁芯、铬、硼铁芯为原料，按质量分数分别为26.1％，47.6％，26.3％配制并熔炼而成的合金，然后机械切割打磨成直径为0.5mm的小球，得到金属合金粉末；2)填充颗粒的制备：将所述金属合金粉末放置于含亲水性支化有机聚合物的水介质内加热搅拌，所述介质为凝胶，所述支化聚合物为淀粉，并在该水介质中添加有水和丙酮，其中所述的水、丙酮、淀粉和凝胶的质量之比为15∶2∶7∶9；所述加热搅拌的温度为85℃，时间为6h，即得到填充颗粒；3)非晶铁芯的放置：将非晶铁芯放入石英管中，将非晶铁芯至于石英管的中心位置，然后将非晶铁芯与石英管之间的空隙填充满所述的填充颗粒；4)晶化处理：将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为300℃，晶化处理时间为500min；5)加磁场：在所述的石英管外周缠绕布满电磁线圈，控制电磁线圈在180匝；6)充惰性气体：抽真空后充入惰性气体，具体为在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.8MPa；7)程序升温：设定好升温曲线，升温至保温温度，具体为控制升温速率为10℃/min，升温到600℃保持该温度5h；8)降温处理：然后以2℃/min的平均冷却速率把所述的石英管以及其内的非晶铁芯冷却到室温，并保持磁场磁力2h；9)表面处理：在铁芯心表面涂布环氧树脂与硬脂酸锌的混合物膜，其中环氧树脂与硬脂酸锌的质量之比为3∶1。得到的变压器超顺磁性铁芯磁导率μ为27000，损耗值P5/20K为13w/kg，剩磁比Br/Bs为0.12。
实施例3
一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，包括如下步骤：1)金属合金粉末的制备：以四氧化三铁芯、铬、硼铁芯为原料，按质量分数分别为26.1％，47.6％，26.3％配制并熔炼而成的合金，然后机械切割打磨成直径为0.3mm的小球，得到金属合金粉末；2)填充颗粒的制备：将所述金属合金粉末放置于含亲水性支化有机聚合物的水介质内加热搅拌，所述介质为凝胶，所述支化聚合物为淀粉，并在该水介质中添加有水和丙酮，其中所述的水、丙酮、淀粉和凝胶的质量之比为15∶2∶7∶9；所述加热搅拌的温度为80℃，时间为3h，即得到填充颗粒；3)非晶铁芯的放置：将非晶铁芯放入石英管中，将非晶铁芯至于石英管的中心位置，然后将非晶铁芯与石英管之间的空隙填充满所述的填充颗粒；4)晶化处理：将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为270℃，晶化处理时间为300min；5)加磁场：在所述的石英管外周缠绕布满电磁线圈，控制电磁线圈在130匝；6)充惰性气体：抽真空后充入惰性气体，具体为在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.6MPa；7)程序升温：设定好升温曲线，升温至保温温度，具体为控制升温速率为8℃/min，升温到600℃保持该温度3h；8)降温处理：然后以2℃/min的平均冷却速率把所述的石英管以及其内的非晶铁芯冷却到室温，并保持磁场磁力2h；9)表面处理：在铁芯心表面涂布环氧树脂与硬脂酸锌的混合物膜，其中环氧树脂与硬脂酸锌的质量之比为3∶1。得到的变压器超顺磁性铁芯磁导率μ为28000，损耗值P5/20K为15w/kg，剩磁比Br/Bs为0.17。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器超顺磁性铁芯热处理方法，包括如下步骤：
1)金属合金粉末的制备；2)填充颗粒的制备；3)非晶铁芯的放置；4)晶化处理；5)加磁场；6)充惰性气体；7)程序升温h；8)降温处理；9)表面处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
1)金属合金粉末的制备：以四氧化三铁芯、铬、硼铁芯为原料，按质量分数分别为26.1％，47.6％，26.3％配制并熔炼而成的合金，然后机械切割打磨成直径为0.3-0.5mm的小球，得到金属合金粉末；
2)填充颗粒的制备：将所述金属合金粉末放置于含亲水性支化有机聚合物的水介质内加热搅拌，所述介质为凝胶，所述支化聚合物为淀粉，并在该水介质中添加有水和丙酮，其中所述的水、丙酮、淀粉和凝胶的质量之比为15∶2∶7∶9；所述加热搅拌的温度为80-85℃，时间为3-6h，即得到填充颗粒；
3)非晶铁芯的放置：将非晶铁芯放入石英管中，将非晶铁芯至于石英管的中心位置，然后将非晶铁芯与石英管之间的空隙填充满所述的填充颗粒；
4)晶化处理：将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为270-300℃，晶化处理时间为300min-500min；
5)加磁场：在所述的石英管外周缠绕布满电磁线圈，控制电磁线圈在130-180匝；
6)充惰性气体：抽真空后充入惰性气体，具体为在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.6-0.8MPa。
7)程序升温：设定好升温曲线，升温至保温温度，具体为控制升温速率为8℃～10℃/min，升温到600℃保持该温度3-5h。
8)降温处理：然后以2℃/min的平均冷却速率把所述的石英管以及其内的非晶铁芯冷却到室温，并保持磁场磁力2h。
9)表面处理：在铁芯心表面涂布环氧树脂与硬脂酸锌的混合物膜，其中环氧树脂与硬脂酸锌的质量之比为3∶1。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选机械切割打磨成直径为0.4mm的小球。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选步骤2)中所述加热搅拌的温度为85℃，时间为4h，即得到填充颗粒。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选步骤6)在真空度抽到-0.2MPa时停止抽真空并充入惰性气体，所述的石英管内的气体压力保持在0.7MPa。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选步骤4)中，将步骤3)中得到的填充有非晶铁芯和填充颗粒的石英管置于微波烧结炉内进行晶化处理，微波烧结炉内晶化处理的温度为280℃，晶化处理时间为400min。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选步骤5)控制电磁线圈在150匝。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：优选步骤7)控制升温速率为10℃/min，升温到600℃保持该温度3h。
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法得到的变压器超顺磁性铁芯，其特征在于：变压器超顺磁性铁芯用于大功率电源变压器、开关电源中的变压器、扼流圈、平波电抗以及漏电开关铁芯。
10.根据权利要求9所述的铁芯，其特征在于：磁导率μ为27000～28000，损耗值P5/20K为13～15w/kg，剩磁比Br/Bs为0.12～0.17。
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