CN110828093B - 非晶磁芯及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种非晶磁芯，其成分包括有Fe_{(100‑x‑y‑z‑a‑b)}Si_xB_yC_zM_aN_b，式中M为Ni、Mo元素中的任意一种，N为Cr、Mn元素中的任意一种；其中6﹤x﹤11，9﹤y﹤16，1﹤z﹤8，0≤a﹤5，0﹤b﹤5；本发明的非晶磁芯通过合金成分的设计优化，具有综合磁性能优异的有益技术效果，满足高性能要求的非晶元件应用需求。

Description

非晶磁芯及其制备方法

技术领域

本发明涉及软磁合金冶金技术领域，具体涉及一种非晶磁芯及其制备方法。

背景技术

非晶材料具有高的饱和磁感、高磁导率、低矫顽力和低的高频损耗、良好的强硬度、耐磨性及耐腐蚀性、良好的温度及环境稳定性等，其优异的综合性能，代替坡莫合金、硅钢和铁氧体，在电力电子技术中应用，显示出体积小、效率高、节能等特点，在所有的金属软磁材料中具有最佳的性能价格比。

现有技术所应用的非晶合金中，如常规的1K101铁硅硼系三元非晶合金，以其制备的相应非晶元件应用，将存在有磁导率低、矫顽力大、损耗高等一系列缺点。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种非晶磁芯及其制备方法。

非晶磁芯，其成分包括有Fe_{(100-x-y-z-a-b)}Si_xB_yC_zM_aN_b，式中M为Ni、Mo元素中的任意一种，N为Cr、Mn元素中的任意一种；其中6≤x≤9，7≤y≤9，1﹤z﹤8，0≤a﹤5，0﹤b﹤5。

进一步地，其成分包括有Fe₇₆Si_7.5B₇C₄Ni_1.5Cr₃，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.54T，Hc呈1.7A/m，μi@1k,0.5V呈21400。

进一步地，其成分包括有Fe₇₅Si₈B₇C₄Mo₁Cr₅，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.33T，Hc呈1.2A/m，μi@1k,0.5V呈38600。

进一步地，其成分包括有Fe₇₈Si₆B₈C₃Ni₃Mn₂，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.71T，Hc呈3.6A/m，μi@1k,0.5V呈8400。

进一步地，其成分包括有Fe₇₆Si₉B₇C₅Cr₃，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.42T，Hc呈1.5A/m，μi@1k,0.5V呈28500。

进一步地，其成分包括有Fe₇₈Si₆B₉C₄Cr₃，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.51T，Hc呈2.2A/m，μi@1k,0.5V呈13600。

一种如上述所述的非晶磁芯的制备方法，包括以下步骤：

S1、进行母合金的熔炼制备，熔炼制备所得的所述母合金的成分表达式为Fe_{(100-x-y-z-a-b)}Si_xB_yC_zM_aN_b，式中M为Ni、Mo元素中的任意一种，N为Cr、Mn元素中的任意一种；其中6﹤x﹤11，9﹤y﹤16，1﹤z﹤8，0≤a﹤5，0﹤b﹤5；

S2、以所述母合金通过单辊快淬法或双辊快淬法进行制备，以得到有非晶带材。

S3、使所述非晶带材卷绕或叠合，并退火处理，以得到有磁芯基体；

S4、对所述磁芯基体进行表面涂层处理，以得到有所述非晶磁芯。

进一步地，所述步骤S4，包括以下步骤：

S4-1、对磁芯基体进行表面预处理，使该磁芯基体表面形成有预处理绝缘层；

S4-2、对表面预处理后的磁芯基体进行预热处理，所述预热处理温度为180～240℃；然后以第二绝缘材料进行滚涂处理；预热处理后的所述磁芯基体以自身热量吸附并融化所述第二绝缘材料，以使所述预处理绝缘层上形成有滚涂涂层。

进一步地，所述步骤S4-1，包括以下步骤：

S4-1-01、对所述磁芯基体进行加热升温，其加热升温温度为150～250℃；

S4-1-02、对加热升温后的所述磁芯基体采用静电喷涂设备以第一绝缘粉末进行有静电喷涂处理，以使该磁芯基体表面形成有所述预处理绝缘层。

进一步地，所述步骤S4-1，包括以下步骤：

S4-1-11、对所述磁芯基体采用液体喷枪以第一绝缘漆进行喷涂处理；所述第一绝缘漆为缩醛类绝缘漆或酚醛类绝缘漆或环氧类绝缘漆；

S4-1-12、对喷涂处理后的所述磁芯基体进行烘烤升温，所述烘烤升温温度为100～150℃；以使该磁芯基体表面形成有所述预处理绝缘层。

本发明的有益效果在于：

本发明的非晶磁芯通过合金成分的设计优化，具有综合磁性能优异的有益技术效果，满足高性能要求的非晶元件应用需求。

具体实施方式

为了使本发明的技术方案、目的及其优点更清楚明白，以下实施例，对本发明进行进一步的解释说明。

本发明中的非晶带材制备方法，具体涉及有以下步骤：

S1、将合金原料以冶炼炉冶炼以制备得到有所述母合金；

S2、以所述母合金进行非晶带材制备。

于步骤S1中，本发明提供的一种铁基非晶合金用母合金，其成分表达式为Fe_{(100-x-y-z-a-b)}Si_xB_yC_zM_aN_b，式中M为Ni、Mo元素中的任意一种，N为Cr、Mn元素中的任意一种；其中6﹤x﹤11，9﹤y﹤16，1﹤z﹤8，0≤a﹤5，0﹤b﹤5。

所述铁基非晶合金用母合金可基于Fe₇₈Si₉B₁₃，通过元素添加以改变非晶合金内部原子排布而进行制作。

具体而言，因应其制备需要，通过在该Fe₇₈Si₉B₁₃的成分基础上添加有C、Ni、Mo、Cr、Mn等元素以进行合金成分设计；根据设计成分原子配比以计算出所需各元素的重量配比，进而计算出有其添加的各元素所需各原材料的重量；选取有计算后的各原材料分量的金属原料进行熔炼，以进行所述铁基非晶合金用母合金的制备。

实施例1：

所述铁基非晶合金用母合金的化学成分表达式为Fe₇₆Si_7.5B₇C₄Ni_1.5Cr₃。

实施例2：

所述铁基非晶合金用母合金的化学成分表达式为Fe₇₅Si₈B₇C₄Mo₁Cr₅。

实施例3：

所述铁基非晶合金用母合金的化学成分表达式为Fe₇₈Si₆B₈C₃Ni₃Mn₂。

实施例4：

所述铁基非晶合金用母合金的化学成分表达式为Fe₇₆Si₉B₇C₅Cr₃。

实施例5：

所述铁基非晶合金用母合金的化学成分表达式为Fe₇₈Si₆B₉C₄Cr₃。

实施例6：

于步骤S2中，所述铁基非晶合金用母合金通过应用有现有技术的单辊快淬法或双辊快淬法，可制备有相应的非晶合金带材，以得到本发明的一种非晶带材。

常规而言，非晶合金的性能通常通过非晶带材性能来体现，则以相应的铁基非晶合金用母合金制备所得相应的非晶带材，其性能体现如下：

合金成分	Bs(T)	Hc(A/m)	μi@1k,0.5V
				Fe<sub>76</sub>Si<sub>7.5</sub>B<sub>7</sub>C<sub>4</sub>Ni<sub>1.5</sub>Cr<sub>3</sub>	1.54	1.7	21400
Fe<sub>75</sub>Si<sub>8</sub>B<sub>7</sub>C<sub>4</sub>Mo<sub>1</sub>Cr<sub>5</sub>	1.33	1.2	38600
				Fe<sub>78</sub>Si<sub>6</sub>B<sub>8</sub>C<sub>3</sub>Ni<sub>3</sub>Mn<sub>2</sub>	1.71	3.6	8400
Fe<sub>76</sub>Si<sub>9</sub>B<sub>7</sub>C<sub>5</sub>Cr<sub>3</sub>	1.42	1.5	28500
				Fe<sub>78</sub>Si<sub>6</sub>B<sub>9</sub>C<sub>4</sub>Cr<sub>3</sub>	1.51	2.2	13600

实施例7：

基于现有技术的应用，可将以本发明的非晶带材进行有相应的非晶磁芯加工制备，其加工步骤如下：

【1】使所述非晶带材卷绕或叠合，并退火处理，得到有磁芯基体；

【2】对所述磁芯基体进行表面涂层处理，以得到有所述非晶磁芯。

实施例8：

本发明中，应用有一种非晶产品表面涂层处理方法，其包括以下步骤：

(1)对非晶产品进行表面预处理，使该非晶产品表面形成有预处理绝缘层；

(2)对表面预处理后的非晶产品进行预热处理，所述预热处理温度为180～240℃；然后以第二绝缘材料进行滚涂处理；预热处理后的所述非晶产品以自身热量吸附并融化所述第二绝缘材料，以使所述预处理绝缘层上形成有滚涂涂层。

所述第二绝缘材料为缩醛类绝缘粉末或酚醛类绝缘粉末或环氧类绝缘粉末。

所述预处理绝缘层的厚度范围为20～150μm，优选为30～80μm；所述滚涂涂层的厚度范围为100～400μm，优选为150～250μm。

其中，于上述步骤(1)中，包括以下步骤：

(1-01)、对所述非晶产品进行加热升温，其加热升温温度为150～250℃；

(1-02)、对加热升温后的所述非晶产品采用静电喷涂设备以第一绝缘粉末进行有静电喷涂处理，以使该非晶产品表面形成有所述预处理绝缘层；所述第一绝缘粉末为缩醛类绝缘粉末或酚醛类绝缘粉末或环氧类绝缘粉末。

实施例9：

本实施例与上述实施例8的区别在于，于该步骤(1)中，其包括为以下步骤：

(1-11)、对所述非晶产品采用液体喷枪以第一绝缘漆进行喷涂处理；所述第一绝缘漆为缩醛类绝缘漆或酚醛类绝缘漆或环氧类绝缘漆；

(1-21)、对喷涂处理后的所述非晶产品进行烘烤升温，所述烘烤升温温度为100～150℃；以使该非晶产品表面形成有所述预处理绝缘层。

具体而言，本发明的非晶产品表面涂层处理方法应用原理如下：

先通过以第一绝缘粉末或第一绝缘漆对所述非晶产品进行有表面预处理，以使粗糙的非晶产品表面制备形成有较薄的绝缘的预处理绝缘层，提高该非晶产品的绝缘性并一定程度上地弥补该非晶产品的表面缺陷(如残留孔洞)；再以第二绝缘材料对该非晶产品进行滚涂处理。基于该非晶产品本身已预热处理前提下，该料盒中的第二绝缘材料能以滚涂方式而被带热量的非晶产品吸附以形成有滚涂涂层。

在滚涂过程中，非晶产品于该料盒中处于滚动状态，通过滚涂设备的参数及工艺调整，以控制该非晶产品的滚动速度，即可有效地控制其滚涂涂层形成的均匀性；使所述第二绝缘材料集中放置于一料盒内，令该滚涂过程中的所述第二绝缘材料集中设置而不散离，则该滚涂过程基本不会对该第二绝缘材料额外消耗，从而实现了原材料的节约。

相对现有技术的直接应用喷涂方式或直接应用滚涂方式进行非晶产品表面的绝缘涂层处理，本方案基于双层绝缘涂层的分步加工应用下，通过调整滚涂设备参数的匹配，以控制其绝缘涂层厚度与均匀性，并提高其绝缘涂层的表面质量。

基于该非晶产品表面涂层处理方法的应用，有效地改善了非晶产品喷涂的合格率并提高其绝缘涂层的表面质量；同时，能确保其绝缘涂层厚度的均匀性，节约涂层材料。

则于上述实施例7步骤【2】中，可应用上述所述的非晶产品表面涂层处理方法，以对所述磁芯基体进行表面涂层处理，以得到有本发明的一种非晶磁芯。

以上所述仅为本发明的优选实施方式，对于本技术领域的技术人员，在不脱离本发明的实施原理前提下，依然可以对所述实施例进行修改，而相应修改方案也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.非晶磁芯，其特征在于，其通过非晶带材的卷绕或叠合而加工制备所得，其成分包括有Fe₇₆Si_7.5B₇C₄Ni_1.5Cr₃，其性能体现为以其制备所用的非晶带材，Bs呈1.54T，Hc呈1.7A/m，μi@1k,0.5V呈21400；

或其成分包括有Fe₇₅Si₈B₇C₄Mo₁Cr₅，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.33T，Hc呈1.2A/m，μi@1k,0.5V呈38600；

或其成分包括有Fe₇₈Si₆B₈C₃Ni₃Mn₂，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.71T，Hc呈3.6A/m，μi@1k,0.5V呈8400；

或其成分包括有Fe₇₆Si₉B₇C₅Cr₃，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.42T，Hc呈1.5A/m，μi@1k,0.5V呈28500；

或其成分包括有Fe₇₈Si₆B₉C₄Cr₃，其性能体现为以其制备所得的非晶带材Bs呈1.51T，Hc呈2.2A/m，μi@1k,0.5V呈13600；

其表面覆盖有预处理绝缘层及滚涂涂层。

2.如权利要求1所述的非晶磁芯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、进行母合金的熔炼制备，熔炼制备所得的所述母合金的成分表达式为Fe_{(100-x-y-z-a-b)}Si_xB_yC_zM_aN_b，式中M为Ni、Mo元素中的任意一种，N为Cr、Mn元素中的任意一种；其中6﹤x﹤11，9﹤y﹤16，1﹤z﹤8，0≤a﹤5，0﹤b﹤5；

S2、以所述母合金通过单辊快淬法或双辊快淬法进行制备，以得到有非晶带材；

S3、使所述非晶带材卷绕或叠合，并退火处理，以得到有磁芯基体；

S4、对所述磁芯基体进行表面涂层处理，以得到有所述非晶磁芯；

其中，所述步骤S4，包括以下步骤：

S4-1、对磁芯基体进行表面预处理，使该磁芯基体表面形成有预处理绝缘层；

S4-2、对表面预处理后的磁芯基体进行预热处理，所述预热处理温度为180～240℃；然后以第二绝缘材料进行滚涂处理；预热处理后的所述磁芯基体以自身热量吸附并融化所述第二绝缘材料，以使所述预处理绝缘层上形成有滚涂涂层。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4-1，包括以下步骤：

S4-1-01、对所述磁芯基体进行加热升温，其加热升温温度为150～250℃；

S4-1-02、对加热升温后的所述磁芯基体采用静电喷涂设备以第一绝缘粉末进行有静电喷涂处理，以使该磁芯基体表面形成有所述预处理绝缘层。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S4-1，包括以下步骤：

S4-1-11、对所述磁芯基体采用液体喷枪以第一绝缘漆进行喷涂处理；所述第一绝缘漆为缩醛类绝缘漆或酚醛类绝缘漆或环氧类绝缘漆；

S4-1-12、对喷涂处理后的所述磁芯基体进行烘烤升温，所述烘烤升温温度为100～150℃；以使该磁芯基体表面形成有所述预处理绝缘层。