CN110400670A

CN110400670A - 高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法

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Publication number: CN110400670A
Application number: CN201910314304.8A
Authority: CN
Inventors: 周国华; 黄从伟; 毛文龙; 欧阳有根
Original assignee: Jiangxi Dayou Science & Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangxi Dayou Science & Technology Co Ltd
Priority date: 2019-04-18
Filing date: 2019-04-18
Publication date: 2019-11-01
Anticipated expiration: 2039-04-18
Also published as: CN110400670B

Abstract

本发明公开提供一种高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法，其是包括如下原子质量百分比组分组成:Fe：2‑4%，Mn：1‑2%，Mo：2‑4%，Si：10‑13%，B：11‑13%，W 0‑0.5%，Co：余量；所述W为为Tb或La或Tb和La混合。通过优化合金配方设计，通过添加少量稀土元素W。经配料、炼钢制备母合金、二次重熔后利用单辊熔体急冷法制备出钴基非晶合金磁芯，具有保持高的矩形比Br/Bs≥90以上、低矫顽力Hc＜0.3A/m、温度稳定性高的钴基非晶合金磁芯、高Bs值、高磁导率的特点。

Description

高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法

技术领域：

本发明涉及一种钴基非晶合金磁芯及制备方法，特别是涉及一种具有传统软磁合金材料的高磁导率、低损耗、低矫顽力的特点的同时还有快速响应、高灵敏度和温度稳定性的优良特性和高饱和磁感应强度的高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法。

背景技术：

开关电源是现在生活中离不开的用电设备。目前开关电源工作频率已提到几百kHz以上，在开关电源中的广泛应用对软磁材料提出了更高的要求。在如此高的频率下，坡莫合金由于电阻率太低，导致涡流损耗太大，造成温升高，效率降低；铁氧体具有很高的电阻率，但是居里点太低，温度稳定性差。

非晶合金的出现大大丰富了软磁材料。其中钴基非晶合金具有较高的磁感应强度，极低的矫顽力和趋近于零磁致伸缩系数等优点，目前已作为一种新型的磁敏材料广泛应用于磁敏传感器、电流传感器、高频开关电源和磁放大器等。尤其是做为磁敏传感器，具有灵敏度高、测量范围大、功耗低等优点，在导航、通讯、地质勘探等领域应用前景非常广阔。

因此，如何来提供一种高矩形比的钴基非晶合金磁芯开关电源的设备，能有效提高瞬变感抗，改变涡流损耗太大，造成温升高等问题，起到软开关的作用。从而能有效降低开关损耗，实现环保节能功效。具有广阔的市场前景。

发明内容：

本发明是针对上述现有技术存在的问题，提供一种高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法，通过优化合金配方设计，通过添加少量稀土元素W。经配料、炼钢制备母合金、二次重熔后利用单辊熔体急冷法制备出钴基非晶合金磁芯，具有保持高的矩形比Br/Bs≥90以上、低矫顽力Hc＜0.3A/m、温度稳定性高的钴基非晶合金磁芯、高Bs值、高磁导率的特点。

本发明的目的之一是提供一种高矩形比钴基非晶合金铁芯，其是包括如下原子质量百分比组分组成:

Fe：2-4%，Mn：1-2% ，Mo：2-4% ，Si： 10-13% ，B：11-13% ，W 0-0.5% ，Co：余量；所述W为为Tb或La任意一种或Tb和La混合。

本发明的另一目的是提供一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其包括如下步骤：

1)、钴基非晶合金预处理，先将制备高矩形比钴基非晶合金磁芯的颗粒大小不同的钴基非晶合金各组分组成原料粉碎制成颗粒粉末，然后进行充分混合，为预处理钴基非晶合金粉末颗粒；

2）、熔炼制钴基非晶合金钢锭，将1）步制备的预处理钴基非晶合金粉末颗粒置于非真空感应熔炼装置中，进行熔炼处理，后形成钴基非晶合金钢锭；

3）、二次熔炼制带材，将2）步冶炼好的钴基非晶合金钢锭置于喷带设备的中频感应熔炼装置炉，进行二次均匀熔炼处理，为钴基非晶合金钢锭液后，将钴基非晶合金钢锭液倒入预热好的中间包，从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材，超急冷，以特定线速度、通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出钴基非晶合金带材；

4）卷绕制钴基非晶合金铁芯，将3）步制备的钴基非晶合金带材经自动绕带机装置，卷绕成钴基非晶合金铁芯粗品；

5）制高矩形比钴基非晶合金铁芯，将4）步制备的钴基非晶合金铁芯粗品，进行热处理为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。

本发明一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，优选的，是步骤3）所述二次均匀熔炼处理是控制二次均匀熔炼处理温度为1200-1400℃左右，二次均匀熔炼处理时间为60-100min。

所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其步骤3）所述超急冷是控制钴基非晶合金钢锭液从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材时的温度冷却速度为8-12⁶℃/ S。

所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其步骤3）所述控制制备的钴基非晶合金带材厚度为：22-28um。

所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其步骤5）所述热处理包括如下方法步骤：

（1）预处理，将4）步制备的钴基非晶合金铁芯粗品置于热处理装置中，于真空或惰性气体保护条件下进行预处理，控制预处理温度为150℃-350℃，压力为0.15Pa-0.0015Pa，预处理时间为20-40分钟；为钴基非晶合金铁芯预处理产品；

（2）制高矩形比钴基非晶合金铁芯产品，将（1）步钴基非晶合金铁芯预处理产品于热处理装置中进行高温烧结处理，控制高温烧结环境为惰性气体或真空状态下进行，控制高温烧结温度为300℃-450℃，烧结时间为10-80分钟，于此温度下恒温保持不大于120分钟，冷却，制为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。

所述惰性气体为氩气和/或氮气。

所述一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其（2）步所述高温烧结是分二次的阶段加热升温、恒温烧结处理，第一阶段加热25-30min,升温至300－350℃,于此温度下恒温保温15-25min；第二阶段加热10-15min,升温至350－450℃，于此温度下恒温保温10-15min；最后，炉冷却至室温制为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。

本发明公开的高矩形比钴基非晶合金铁芯及其制备方法，采用上述各金属元素配比及利用上述步骤方法进行制备，完成了宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯的制备热处理工艺过程。获得铁基纳米晶磁芯在较宽的频率范围内有恒定的磁导率，而且损耗小，适合作为高频电感磁芯，抗直流效果好。其静态磁化曲线如图1所示。钴基非晶合金磁芯材料具有高饱和磁感应强度和扁平的磁化曲线，能在较大的磁场强度下获得稳定的磁导率。因此，作为电感磁芯设计简便，电阻率高，磁芯损耗小。并且在整个宽的频率段有很好的电感量衰减性能。

所以作为电感磁芯可以不开气隙，与传统开切口磁芯相比,闭合磁路对周围的电磁干扰小、磁导率高、发热小。能够提高纳米晶合金的Bs值、初始磁导率及电阻率，损耗也就更低。而且具有更优的去应力效果。因此可获得具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好的铁基纳米晶软磁合金薄带。

附图说明：

图1为本发明具体实施方式制备的高矩形比钴基非晶合金铁芯产品的静态磁化曲线；

具体实施方式：

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯，其包括如下原子质量百分比组分组成：

Fe：2-4%，Mn：1-2% ，Mo：2-4% ，Si： 10-13% ，B：11-13% ，W 0-0.5% ，Co：余量；所述W为为Tb或La任意一种或Tb和La混合。按照上述给定配方或叫配比，经换算成质量比后称重配料，配好的原材料粉碎制成颗粒粉末，然后进行充分混合，为预处理钴基非晶合金粉末颗粒；2）、按照设计的工艺加入熔炼装置为非真空感应炉中进行熔炼，配方中的B、Mn等单质元素的铁化合物等中间合金；加料顺序为先将铁、Mn、Mo、B等依次放进熔炼炉中，待完全熔化后再加入硅，W最后加入即Tb和La 是最后加入。设定熔炼的温度1200℃-1400℃，均匀冶炼60-90min后，倒入冷却装置中，形成形成钴基非晶合金钢锭；

3）、二次熔炼制带材，将2）步冶炼好的钴基非晶合金钢锭置于喷带设备的中频感应熔炼装置炉，进行二次均匀熔炼处理，控制二次均匀熔炼处理温度为1200-1400℃左右，二次均匀熔炼处理时间为60-100min。为钴基非晶合金钢锭液后，将钴基非晶合金钢锭液倒入预热好的中间包，从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材，超急冷，是控制温度冷却速度为8-12⁶℃/ S；以20-25m/s的线速度、通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出钴基非晶合金带材；控制制备的钴基非晶合金带材厚度为：22-28um；

5）制高矩形比钴基非晶合金铁芯，将4）步制备的钴基非晶合金铁芯粗品，按如下方法步骤进行热处理，制为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。

（2）制高矩形比钴基非晶合金铁芯产品，将（1）步钴基非晶合金铁芯预处理产品于热处理装置中进行高温烧结处理，控制高温烧结环境为惰性气体或真空状态下进行，所述高温烧结是分二次的阶段加热升温、恒温烧结处理，第一阶段加热25-30min,升温至300－350℃,于此温度下恒温保温15-25min；第二阶段加热10-15min,升温至350－450℃，于此温度下恒温保温10-15min；最后，炉冷却至室温制为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。所用惰性气体为氩气或氮气。

实施例1：

按照如下方法步骤，1)、钴基非晶合金预处理，先将制备高矩形比钴基非晶合金磁芯的颗粒大小不同的钴基非晶合金各组分组成原料粉碎制成颗粒粉末，即将如下原子质量百分比组分组成：Fe：4%，Mn：2% ，Mo：4% ，Si： 10% ，B：11% ，W 0.3% ，Co：余量；所述W为La的颗粒粉末进行充分混合，为预处理钴基非晶合金粉末颗粒；

2）、熔炼制钴基非晶合金钢锭，将1）步制备的预处理钴基非晶合金粉末颗粒置于非真空感应熔炼装置中，待完全熔化后再加入，硅和La最后加入。控制熔炼的温度1400℃以内，均匀冶炼75-80min后，倒入冷却装置，形成钴基非晶合金钢锭；

3）、二次熔炼制带材，将2）步冶炼好的钴基非晶合金钢锭置于喷带设备的中频感应熔炼装置炉，进行二次均匀熔炼处理，为钴基非晶合金钢锭液后，将钴基非晶合金钢锭液倒入预热好的中间包，从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材，超急冷，以特定线速度、通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出钴基非晶合金带材；所述二次均匀熔炼处理是控制二次均匀熔炼处理温度为1200-1400℃左右，二次均匀熔炼处理时间为60-100min；所述超急冷是控制钴基非晶合金钢锭液从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材时的温度冷却速度为8-12⁶℃/ S；具体是将冶炼好的钴基非晶合金铁芯粗品放入中频感应熔炼炉，二次均匀熔炼，温度1250℃左右，熔炼60min后，将钢液倒入预热保温1300℃的中间包中。待中间包中钢液体温度稳定后，钢液在氩气气体的恒压力作用从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊，以20m/s线速度、通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离为26um喷出带材；

5）制高矩形比钴基非晶合金铁芯，将4）步制备的钴基非晶合金铁芯粗品，进行热处理为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。步骤5）所述热处理包括如下方法步骤：

本实施例所喷制带材，宽度为60mm，厚度为18-20um，具有高电阻率、低损耗、高Bs值、高磁导率、平整度好；经退火热处理后静态磁滞回线如图1所示，Bs=592mT，Hc=0.203A/m。Br/Bs=0.9507。

上技术方案及上述实施方式，均是指本发明的最佳实施例。不能以此来限定本发明的保护范围，本领域的技术人员在此基础上作出的改进或简单替换均属本发明的保护范围。

Claims

1.一种高矩形比钴基非晶合金铁芯，其特征是包括如下原子质量百分比组分组成:

2.一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是步骤3）所述二次均匀熔炼处理是控制二次均匀熔炼处理温度为1200-1400℃左右，二次均匀熔炼处理时间为60-100min。

4.根据权利要求2所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是步骤3）所述超急冷是控制钴基非晶合金钢锭液从底部的喷嘴流至高速旋转的铜辊制带材时的温度冷却速度为8-12⁶℃/ S。

5.根据权利要求2所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是步骤3）所述控制制备的钴基非晶合金带材厚度为：22-28um。

6.根据权利要求2所述的一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是步骤5）所述热处理包括如下方法步骤：

7.根据权利要求6所述一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是所述惰性气体为氩气和/或氮气。

8.根据权利要求6所述一种高矩形比钴基非晶合金铁芯的制备方法，其特征是（2）步所述高温烧结是分二次的阶段加热升温、恒温烧结处理，第一阶段加热25-30min,升温至300－350℃,于此温度下恒温保温15-25min；第二阶段加热10-15min,升温至350－450℃，于此温度下恒温保温10-15min；最后，炉冷却至室温制为高矩形比钴基非晶合金铁芯产品。