CN107464649B - 一种具有线性磁滞回线的磁芯 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁72~76份、硅12~16份、硼5.2~7.5份、铌1.5~3份、钒1~1.8份、铜0.8‑1.1份和稀有金属0.2~3份。本发明的磁芯具有线性磁滞回线，剩余磁感应强度Br小于0.02T，矫顽力小于1.5A/m，饱和磁感应强度大于1.1T，且生产出的不同磁芯的线性段磁导率可在1500~35000之间调控。

Description

一种具有线性磁滞回线的磁芯
技术领域
本发明涉及磁芯技术领域，具体涉及一种具有线性磁滞回线的磁芯。
背景技术
铁基纳米晶软磁合金因为具有超高的磁导率和极低的铁芯损耗，在高精度互感器、电感和高频电源等方面得到了广泛的应用。软磁合金的磁滞回线通常是由两条不重合的曲线组成的一条闭合回线，但是在抗直流分量用互感器等领域，需要一种具有线性磁滞回线的软磁合金，此时要求剩余磁感应强度Br和矫顽力的数值都很小。
中国专利201310191327.7公布了一种恒导磁磁芯及其制造方法和用途，该合金的分子式为FeaMbCucNbdSneSifBgM’hXi，其中M是Ni和/或Co，M’是V、Ti、Mn、Cr、Mo中的至少一种，X表示C、Ge、P以及杂质。该发明公布的磁芯具有低磁导率、高抗饱和性能，其磁导率在针对交流和直流分量时具有高度可调制性，并具有线性的B-H回线，但是在该发明的[0059]条中称当M的用量小于5%时，各向异性场Hk值小，在有直流偏置时易饱和，在[0069]条中该发明公布的6个实施例和两个比较例中，Ni的含量最小为5%，且均不含V，在6个实施例中均含有Sn和Cr。此外，该发明仅要求剩磁比小于0.1，在6个实施例中剩磁比最小值为1.2%，由此换算出的剩余磁感应强度Br的值为0.015T，此时的矫顽力为7.3A/m，两个数值都有点偏大。
中国专利201410771750.9公布了一种铁基恒导磁纳米晶磁芯及其制备方法，所述铁基合金的分子式为FeaCubNbcSidBeMfXg，其中M是元素V、Ti、Mn、Cr、Mo中的至少一种，该发明公布了可以通过调整热处理过程中张力的大小以及温度值等工艺参数，获得具有恒导磁性能，并且磁导率在直流及交流时高度可调的磁芯，但是该发明的成分组成中没有涉及到Ni和Co两种元素，在[0069]条中编号1~4的实施例的剩磁比为0.42%，由此换算出的剩余磁感应强度Br的值为0.005T，该数值已经很小，但此时的矫顽力高达15.29A/m，数值相当大，而且此时的磁滞回线在线性段两端出现了明显的不重合现象。
中国专利20140376525.5公布了一种恒磁导率、高饱和磁感应强度、磁导率变化率在1%以内的纳米晶软磁合金及其制备方法，其公布的磁导率恒定为20000，饱和磁感应强度为1.3T，但是该发明没有对磁滞回线进行任何描述，亦未公布磁滞回线图。此外，在公布的所有实施例中，铁和硼等成分变化很大，但所有例子的磁导率都恒定为20000，变化率在1%以内，其科学性和工程可借鉴性还有待论证。
中国专利201210536089.4公布了一种抗直流分量互感器用恒导磁铁芯材料及制备方法，该发明制备的非晶恒导磁铁芯，具有较低的剩磁和矫顽力，并且具有高的饱和磁感应强度，但是该发明没有对磁滞回线进行任何描述，亦未公布磁滞回线图，此外，该发明铁芯涉及的是非晶态合金，而不是纳米晶合金。
文献“Ni 对FeCuNbSiB 纳米晶合金恒导磁性能的影响”报道了经横磁热处理后，铁芯的剩余磁感应强度随Ni含量的增加而逐渐减小，当Ni含量为15%时的Fe61Ni15Cu1Nb3Si11B9合金，剩磁比达到最小，为0.0107，发现Ni 含量超过5%会改善合金的恒导磁性能，提高铁芯的抗直流偏置性能，但值得注意的是，该文献中的Fe61Ni15Cu1Nb3Si11B9合金的初始磁导率为1270，而最大磁导率为6540，磁导率变化比较大；而另一成分Fe69Ni7Cu1Nb3Si11B9合金的初始磁导率为6080，最大磁导率为6400，磁导率变化比较小，但是此时的剩磁比为0.1070，又比较大，这两种合金的磁滞回线都是趋近于线性磁滞回线，但还没有达到满意的状态，且该文献报道的成分中含有大量价格昂贵的镍，这将导致纳米晶合金的成本大幅提升。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于一种具有线性磁滞回线的磁芯[A1]
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁72~76份、硅12~16份、硼5.2~7.5份、铌1.5~3份、钒1~1.8份、铜0.8-1.1份和稀有金属0.2~3份。
优选地，前述稀有金属为镍、钴或镍和钴的混合物中的一种，镍和钴的混合物中镍与钴的原子比为1：4。
再优选地，前述磁芯由厚度为22~32μm的非晶薄带卷绕而成。
一种具有线性磁滞回线的磁芯的制作方法，包括如下步骤：
S1、采用单辊甩带法制备具有上述组分的非晶薄带；
S2、将非晶薄带卷绕成磁芯；
S3、在真空环境下进行晶化退火处理，在470~480℃下保温120min，然后升温至540~550℃，保温90~120 min，然后冷却去掉真空后出炉；
S4、将经过真空退火晶化后的磁芯在氩气环境下进行横向磁场退火处理，升温至450~480℃，保温60~120min，然后冷却出炉，在保温和冷却阶段施加0.2~0.4T的外加磁场，并使磁力线方向与磁芯的轴线方向平行，出炉后即得到具有线性磁滞回线的磁芯。
优选地，前述步骤S1中，制备过程中喷带时的浇铸温度为1350~1450℃。
再优选地，前述步骤S3中，磁芯冷却的温度为200℃。
更优选地，前述步骤S3中，升温至540~550℃期间的升温速率为1℃/min。
进一步优选地，前述步骤S4中，升温至450~480℃期间的升温速率为5~10 ℃/min。
具体地，前述步骤S4中，磁芯的冷却温度为80℃。
本发明的有益之处在于：
（1）本发明的磁芯具有线性磁滞回线，剩余磁感应强度Br小于0.02T，矫顽力小于1.5A/m，饱和磁感应强度大于1.1T，拓宽了纳米晶软磁材料的应用范围，为电子、电器和电力行业提供了新型的软磁材料；
（2）本发明生产出的的不同磁芯的线性段磁导率可在1500~35000之间调控，具有不同线性段磁导率的磁芯的应用领域不同，扩宽了其应用领域；
（3）当线性段磁导率比较小时，磁芯的线性段磁导率在很宽的外加磁场强度H变化范围内都是恒定的，因而采用本发明磁芯制作的抗直流分量互感器进行服役使用时，即使在正常大小的交流电流外突然有直流电流通过，即外加磁场强度H的数值发生了较大的变化，但是此时磁芯的磁导率不变，即互感器的输出稳定不变化，从而使得互感器具有优异的抗直流分量性能；
（4）当线性段磁导率比较大时，磁芯的有效磁导率也比较大，用作共模电感及尖峰抑制器时，尤其是在大电流大功率场合，可以减小磁芯尺寸；
（5）磁芯的组成合金易于喷制成非晶薄带，且晶化退火和横磁场退火工艺简单，退火后磁芯的性能稳定。
附图说明
图1是本发明中实施例1的静态磁滞回线图；
图2是本发明中实施例2的静态磁滞回线图；
图3是本发明中实施例3的静态磁滞回线图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
实施例1
一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁72.7份、硅13.5份、硼5.5份、铌3份、钒1.5份、铜1份、镍2份和钴0.5份；
上述的具有线性磁滞回线的磁芯的制备方法，步骤如下：
S1、采用单辊甩带法制备具有上述铁基纳米晶软磁合金成分的非晶薄带，喷带时浇铸温度为1420℃；
S2、将非晶薄带卷绕成磁芯；
S3、在真空环境下进行晶化退火处理，在470℃下保温120min，然后以1℃/min的升温速率升温至540℃，保温90 min，然后冷却至200℃以下去掉真空后出炉；
S4、将经过真空退火晶化后的磁芯在氩气环境下进行横向磁场退火处理，以5℃/min的升温速率升温至460℃，保温120min，然后冷却到80℃以下出炉，在保温和冷却阶段施加0.4T的外加磁场，并使磁力线方向与磁芯的轴线方向平行，出炉后即得到具有线性磁滞回线的磁芯。
实施例2
一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁74份、硅14.5份、硼5.8份、铌2.3份、钒1份、铜1份、镍1份和钴0.4份；
上述的具有线性磁滞回线的磁芯的制备方法，步骤如下：
S1、采用单辊甩带法制备具有上述铁基纳米晶软磁合金成分的非晶薄带，喷带时浇铸温度为1400℃；
S2、将非晶薄带卷绕成磁芯；
S3、在真空环境下进行晶化退火处理，在475℃下保温120min，然后以1℃/min的升温速率升温至545℃，保温120 min，然后冷却至200℃以下去掉真空后出炉；
S4、将经过真空退火晶化后的磁芯在氩气环境下进行横向磁场退火处理，以5℃/min的升温速率升温至470℃，保温120min，然后冷却到80℃以下出炉，在保温和冷却阶段施加0.4T的外加磁场，并使磁力线方向与磁芯的轴线方向平行，出炉后即得到具有线性磁滞回线的磁芯。
实施例3
一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁72.6份、硅15.5份、硼7.2份、铌2.8份、钒1.2份、铜1份、镍0.5份和钴0.2份；
上述的具有线性磁滞回线的磁芯的制备方法，步骤如下：
S1、采用单辊甩带法制备具有上述铁基纳米晶软磁合金成分的非晶薄带，喷带时浇铸温度为1380℃；
S2、将非晶薄带卷绕成磁芯；
S3、在真空环境下进行晶化退火处理，在480℃下保温120min，然后以1℃/min的升温速率升温至550℃，保温90 min，然后冷却至200℃以下去掉真空后出炉；
S4、将经过真空退火晶化后的磁芯在氩气环境下进行横向磁场退火处理，以5℃/min的升温速率升温至465℃，保温120min，然后冷却到80℃以下出炉，在保温和冷却阶段施加0.2T的外加磁场，并使磁力线方向与磁芯的轴线方向平行，出炉后即得到具有线性磁滞回线的磁芯。
对实施例1、实施例2和实施例3中的磁芯做性能检测，其结果如下表：
Figure 16212DEST_PATH_IMAGE001
由表中数据可知，本发明的磁芯具有小于0.02T的剩余磁感应强度，小于1.5A/m的矫顽力，大于1.1T的饱和磁感应强度，以及良好的线性磁滞回线，生产出的不同磁芯的磁导率（即磁滞回线的线性段的斜率）在1500~35000之间可以调控，同一磁芯的线性段的磁导率变化率在10%以内。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种具有线性磁滞回线的磁芯，包括磁芯本体，其特征在于，所述磁芯本体由铁基纳米晶软磁合金制成，所述铁基纳米晶软磁合金由以下组分按原子比组成：铁72～76份、硅12～16份、硼5.2～7.5份、铌1.5～3份、钒1～1.8份、铜0.8-1.1份和稀有金属0.2～3份，所述稀有金属为镍、钴或镍和钴的混合物中的一种，所述镍和钴的混合物中镍与钴的原子比为1：4；
磁芯的制作方法包括如下步骤：
S1、采用单辊甩带法制备具有上述铁基纳米晶软磁合金成分的非晶薄带；
S2、将非晶薄带卷绕成磁芯；
S3、在真空环境下进行晶化退火处理，在470～480℃下保温120min，然后升温至540～550℃，保温90～120min，然后冷却去掉真空后出炉；升温至540～550℃期间的升温速率为1℃/min；
S4、将经过真空退火晶化后的磁芯在氩气环境下进行横向磁场退火处理，升温至450～480℃，保温60～120min，然后冷却出炉，在保温和冷却阶段施加0.2～0.4T的外加磁场，并使磁力线方向与磁芯的轴线方向平行，出炉后即得到具有线性磁滞回线的磁芯；升温至450～480℃期间的升温速率为5～10℃/min。
2.根据权利要求1所述的一种具有线性磁滞回线的磁芯，其特征在于，所述磁芯由厚度为22～32μm的非晶薄带卷绕而成。
3.根据权利要求1所述的一种具有线性磁滞回线的磁芯，其特征在于，所述步骤S1中，制备过程中喷带时的浇铸温度为1350～1450℃。
4.根据权利要求1所述的一种具有线性磁滞回线的磁芯，其特征在于，所述步骤S3中，磁芯冷却的温度为200℃。
5.根据权利要求1所述的一种具有线性磁滞回线的磁芯的制作方法，其特征在于，所述步骤S4中，磁芯的冷却温度为80℃。
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