CN110257698B - 一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，所述纳米晶带材由纳米晶软磁合金制成，所述的纳米晶软磁合金的分子式为Fe68Cu1Nb3Ni7Co3Si11B7。本发明的纳米晶带材具有磁感应强度高、低损耗和恒导范围宽的特点，其中饱和磁感应强度（Bs）达到1.5T以上，恒导范围宽可达到10kHz‑200kHz,损耗小，在20kHz/0.5T下损耗低于18W/kg，满足于汽车充电桩磁芯材料的饱和磁感应强度高、低损耗和恒导范围宽等各项性能指标。

Description

一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材及其制备方法
技术领域
本发明涉及磁芯材料制备技术领域，尤其涉及一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材及其制备方法。
背景技术
汽车充电桩输出电流大，要求损耗小、输出效率高、体积小；对其开关电源的输出扼流圈提出较高要求，现有扼流圈铁芯往往采用硅钢片或普通非晶/纳米晶材料，硅钢片铁芯饱和磁感应强度高，但工作频率低，高频损耗大；普通非晶/纳米晶材料工作频率高，但饱和磁感应强度低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种饱和磁感应强度高、低损耗和恒导范围宽的适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，所述纳米晶带材由纳米晶软磁合金制成，其中所述纳米晶软磁合金的分子式为：FeaCubNbcNidCoeSifBg, 其中a为55~75，b为1~2，c为2~5，d为5~11，e为1~6，f为8~15，g为4~8；并且d/ (a+b+c+d+e+f+g）*100%≥7%，e/(a+b+c+d+e+f+g）*100%≥3%。
优选地，所述的纳米晶软磁合金的分子式为Fe68Cu1Nb3Ni7Co3Si11B7。
优选地，所述Fe取材于工业纯铁，所述Si取材于工业多晶硅，所述B取材于工业硼铁，所述Cu取材于电解铜；所述Nb取材于工业铌铁；所述Co取材于工业钴；所述Ni取材于工业镍块。
本发明还提供适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材的制备方法，包括以下步骤：
S1.先根据纳米晶软磁合金的分子式称取各组分的原料并进行配比；
S2.将配比好的原料投入熔炉中进行加热同时加入出渣剂并通入惰性气体进行搅拌使各原料均匀混合；
S3.将均匀混合的金属液浇注到模具内，待冷却成形后脱模获得纳米晶软磁合金的金属锭；
S4.从金属锭金属锭进行重熔并取样并通过直读光谱仪对样品进行分析判断其Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例是否符合配比要求，如配比没达到要求则根据配比要求对金属锭以及各原料进行重新配比并重复步骤S2和步骤S3，直至金属锭中Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例符合配比要求；
S5.对金属锭进行重熔后喷向高速旋转的冷却辊表面，喷射时在辊面上形成一个动平衡熔潭，熔融合金快速固化形成连续的的非晶带材；
S6.将非晶带材卷绕为晶磁芯；
S7. 非晶磁芯在真空退火炉中进行等温晶化退火；晶化退火温度范围为480～540℃，保温时间范围为60～150min，随炉冷却至300～350℃后出炉，风冷至室温即可。
优选地，所述步骤S2中，熔炉的加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～110分钟。
优选地，所述步骤S4中，金属锭重熔时加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～90分钟。
优选地，所述步骤S5中，重熔金属锭在0 .04～0 .3Mpa范围内的恒定压力下，将熔融合金通过条形喷嘴喷射至速度为23～28m/s的旋转铜辊上，喷制成厚度范围为20±1μm、宽度为30～55mm的非晶带材。
优选地，所述步骤S6中，非晶磁芯的宽度为4～10mm、内径为14～25mm、外径为18～28mm。
本发明的有益效果是：本发明的纳米晶带材具有磁感应强度高、低损耗和恒导范围宽的特点，其中饱和磁感应强度（Bs）达到1.5T以上，恒导范围宽可达到10kHz-200kHz,损耗小，在20kHz/0.5T下损耗低于18W/kg，满足于汽车充电桩磁芯材料的饱和磁感应强度高、低损耗和恒导范围宽等各项性能指标。
具体实施方式
现结合具体实施例对本发明所要求保护的技术方案作进一步详细说明。
实施例一
本实施例中纳米晶软磁合金的分子式为：Fe55Cu1Nb2Ni7Co3Si8B4 , 其中所述Fe取材于工业纯铁，所述Si取材于工业多晶硅，所述B取材于工业硼铁，所述Cu取材于电解铜；所述Nb取材于工业铌铁；所述Co取材于工业钴；所述Ni取材于工业镍块。
本实施例中，适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材的制备方法，包括以下步骤：
S1.先根据纳米晶软磁合金的分子式称取各组分的原料并进行配比。
S2.将配比好的原料投入熔炉中进行加热同时加入出渣剂并通入惰性气体进行搅拌使各原料均匀混合，其中熔炉的加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～110分钟。
S3.将均匀混合的金属液浇注到模具内，待冷却成形后脱模获得纳米晶软磁合金的金属锭。
S4.从金属锭金属锭进行重熔，其中金属锭重熔时加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～90分钟，同时对金属锭取样并通过直读光谱仪对样品进行分析判断其Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例是否符合配比要求，如配比没达到要求则根据配比要求对金属锭以及各原料进行重新配比并重复步骤S2和步骤S3，直至金属锭中Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例符合配比要求。
S5.对金属锭进行重熔后在0 .04～0 .3Mpa范围内的恒定压力下，将熔融合金通过条形喷嘴喷射至速度为23～28m/s的旋转铜辊上，喷制成厚度范围为20±1μm、宽度为30～55mm的非晶带材。
S6.将非晶带材卷绕为晶磁芯，其中非晶磁芯的宽度为4～10mm、内径为14～25mm、外径为18～28mm。
S7. 非晶磁芯在真空退火炉中进行等温晶化退火；晶化退火温度范围为480～540℃，保温时间范围为60～150min，随炉冷却至300～350℃后出炉，风冷至室温即可。
实施例二
本实施例中纳米晶软磁合金的分子式为：Fe75Cu2Nb5Ni11Co6Si15B8 , 其中所述Fe取材于工业纯铁，所述Si取材于工业多晶硅，所述B取材于工业硼铁，所述Cu取材于电解铜；所述Nb取材于工业铌铁；所述Co取材于工业钴；所述Ni取材于工业镍块。
本实施例中，适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材的制备方法，包括以下步骤：
S1.先根据纳米晶软磁合金的分子式称取各组分的原料并进行配比。
S2.将配比好的原料投入熔炉中进行加热同时加入出渣剂并通入惰性气体进行搅拌使各原料均匀混合，其中熔炉的加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～110分钟。
S3.将均匀混合的金属液浇注到模具内，待冷却成形后脱模获得纳米晶软磁合金的金属锭。
S4.从金属锭金属锭进行重熔，其中金属锭重熔时加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～90分钟，同时对金属锭取样并通过直读光谱仪对样品进行分析判断其Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例是否符合配比要求，如配比没达到要求则根据配比要求对金属锭以及各原料进行重新配比并重复步骤S2和步骤S3，直至金属锭中Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例符合配比要求。
S5.对金属锭进行重熔后在0 .04～0 .3Mpa范围内的恒定压力下，将熔融合金通过条形喷嘴喷射至速度为23～28m/s的旋转铜辊上，喷制成厚度范围为20±1μm、宽度为30～55mm的非晶带材。
S6.将非晶带材卷绕为晶磁芯，其中非晶磁芯的宽度为4～10mm、内径为14～25mm、外径为18～28mm。
S7. 非晶磁芯在真空退火炉中进行等温晶化退火；晶化退火温度范围为480～540℃，保温时间范围为60～150min，随炉冷却至300～350℃后出炉，风冷至室温即可。
实施例三
本实施例中纳米晶软磁合金的分子式为：Fe68Cu1Nb3Ni7Co3Si11B7，其中所述Fe取材于工业纯铁，所述Si取材于工业多晶硅，所述B取材于工业硼铁，所述Cu取材于电解铜；所述Nb取材于工业铌铁；所述Co取材于工业钴；所述Ni取材于工业镍块。
本实施例中，适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材的制备方法，包括以下步骤：
S1.先根据纳米晶软磁合金的分子式称取各组分的原料并进行配比。
S2.将配比好的原料投入熔炉中进行加热同时加入出渣剂并通入惰性气体进行搅拌使各原料均匀混合，其中熔炉的加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～110分钟。
S3.将均匀混合的金属液浇注到模具内，待冷却成形后脱模获得纳米晶软磁合金的金属锭。
S4.从金属锭金属锭进行重熔，其中金属锭重熔时加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～90分钟，同时对金属锭取样并通过直读光谱仪对样品进行分析判断其Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例是否符合配比要求，如配比没达到要求则根据配比要求对金属锭以及各原料进行重新配比并重复步骤S2和步骤S3，直至金属锭中Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例符合配比要求。
S5.对金属锭进行重熔后在0 .04～0 .3Mpa范围内的恒定压力下，将熔融合金通过条形喷嘴喷射至速度为23～28m/s的旋转铜辊上，喷制成厚度范围为20±1μm、宽度为30～55mm的非晶带材。
S6.将非晶带材卷绕为晶磁芯，其中非晶磁芯的宽度为4～10mm、内径为14～25mm、外径为18～28mm。
S7. 非晶磁芯在真空退火炉中进行等温晶化退火；晶化退火温度范围为480～540℃，保温时间范围为60～150min，随炉冷却至300～350℃后出炉，风冷至室温即可。
对上述是三个实施例获得的非晶磁芯采用振动磁强计(VSM)测试铁芯的饱和磁感应强度Bs、剩磁值Br，损耗(Pcm )Ps0.5/20K，其测试结果如下：
测试项目 Bs(T) Br (T) Pcm（W/kg）
实施例一 1.58 1.56 17.5
实施例二 15.4 15.7 17
实施例三 16.8 16.5 16.3
以上所述之实施例仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出更多可能的变动和润饰，或修改为等同变化的等效实施例。故凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明之思路所作的等同等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，其特征在于：所述纳米晶带材由纳米晶软磁合金制成，其中所述纳米晶软磁合金的分子式为：Fe68Cu1Nb3Ni7Co3Si11B7；其制备方法包括以下步骤：
S1.先根据纳米晶软磁合金的分子式称取各组分的原料并进行配比；
S2.将配比好的原料投入熔炉中进行加热同时加入出渣剂并通入惰性气体进行搅拌使各原料均匀混合；
S3.将均匀混合的金属液浇注到模具内，待冷却成形后脱模获得纳米晶软磁合金的金属锭；
S4.从金属锭金属锭进行重熔并取样并通过直读光谱仪对样品进行分析判断其Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例是否符合配比要求，如配比没达到要求则根据配比要求对金属锭以及各原料进行重新配比并重复步骤S2和步骤S3，直至金属锭中Fe元素、Cu元素、Nb元素、Ni元素、Co元素、Si元素和B元素的比例符合配比要求；
S5.对金属锭进行重熔后喷向高速旋转的冷却辊表面，喷射时在辊面上形成一个动平衡熔潭，熔融合金快速固化形成连续的非晶带材；重熔金属锭在0.04～0.3MPa范围内的恒定压力下，将熔融合金通过条形喷嘴喷射至速度为23～28m/s的旋转铜辊上，喷制成厚度为20±1μm、宽度为30～55mm的非晶带材；
S6.将非晶带材卷绕为晶磁芯；
S7. 非晶磁芯在真空退火炉中进行等温晶化退火；晶化退火温度为480～540℃，保温时间为60～150min，随炉冷却至300～350℃后出炉，风冷至室温。
2.根据权利要求1所述的一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，其特征在于：所述Fe取材于工业纯铁，所述Si取材于工业多晶硅，所述B取材于工业硼铁，所述Cu取材于电解铜；所述Nb取材于工业铌铁；所述Co取材于工业钴；所述Ni取材于工业镍块。
3.根据权利要求1所述的一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，其特征在于：所述步骤S2中，熔炉的加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～110分钟。
4.根据权利要求1所述的一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，其特征在于：所述步骤S4中，金属锭重熔时加热温度为1500～1750℃，保温时间为50～90分钟。
5.根据权利要求1所述的一种适合汽车充电桩磁芯的纳米晶带材，其特征在于：所述步骤S6中，非晶磁芯的宽度为4～10mm、内径为14～25mm、外径为18～28mm。
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