CN110911078B - 一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法 - Google Patents

一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法，所说铁基合金材料各成分所占的重量比例为，Si 12‑13.5％，B 7‑9％，Nb2‑4％，Cu 1‑2％，M 1‑3％，余下为Fe，M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种。本发明能够在宽频下保持高恒定磁导率，同时具备良好的抗饱和能力和抗DC‑Bias特性。

Description

一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法
技术领域
本发明涉及一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法。
背景技术
在电源设计电路中不可避免的存在因漏电流和电容耦合引起的直流分量，因此，要求电源设计电路中的EMI共模电感具有一定的抗饱和能力和抗DC-Bias(抗直流偏流)特性。现有的1K107铁纳米晶磁芯虽具有良好的高磁导率和低损耗，但抗饱和能力和抗直流偏流特性不足，在具有直流分量的电路中将快速饱和，造成EMI滤波效果差。现有的铁氧体磁芯磁导率低、Bs值低、抗饱和能力差，并且温度敏感，随着温度变化其性能变化大，衰减大。因此，在产生直流分量的电源电路中的EMI滤波应用场合，不仅需要在一定宽度的频率下保持较高恒定磁导率，同时具备良好的抗饱和能力和抗DC-Bias特性。
发明内容
本发明的发明目的在于提供一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯及制备方法，能够在宽频下保持高恒定磁导率，同时具备良好的抗饱和能力和抗DC-Bias特性。
基于同一发明构思，本发明具有两个独立的技术方案：
1、一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯，由铁基合金材料制成，其特征在于，所说铁基合金材料含有Si、B、Nb、M、Fe，M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种。
进一步地，所说铁基合金材料含有Cu。
进一步地，各成分所占的重量比例为，Si 12-13.5％，B 7-9％，Nb2-4％，Cu 1-2％，M 1-3％，余下为Fe。
2、一种上述宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将制备原料放入非真空感应炉均匀熔炼，然后倒入冷却铸盘，形成合金钢锭；
步骤2：将步骤1获得的合金钢锭放入喷带设备的中频感应熔炼炉，进行二次均匀熔炼，然后将钢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，超急冷，通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出带材；
步骤3：将步骤2获得的喷出的带材上自动绕带机，卷绕成磁芯；
步骤4：将步骤3获得的磁芯进行热处理，获得宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯。
进一步地，步骤1中，熔炼的温度1400℃-1600℃，熔炼的时间100-120min。
进一步地，步骤1中，Nb和B分别采用铌铁和硼铁中间合金，加料顺序为先将纯铁和铌铁放进熔炼炉中，待完全熔化后再加入硼铁和Cu，Si和M最后加入。
进一步地，步骤2中，熔炼的温度1250℃-1350℃，熔炼的时间60-100min。
进一步地，步骤4中，磁芯的热处理工艺为，在1200-2000GS的横向磁场下，540-570℃保温100-150min,350-570℃之间分段设置工艺，冷却到200℃出炉。
本发明具有的有益效果：
本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯由铁基合金材料制成，铁基合金材料含有Si、B、Nb、M、Fe、M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种，铁基合金材料含有Cu，各成分所占的重量比例为，Si 12-13.5％，B 7-9％，Nb2-4％，Cu 1-2％，M 1-3％，余下为Fe。本发明通过铁基合金材料的特有组成成分及配比，使得本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯在0-80KHZ频率范围内具有恒定的磁导率，磁导率2W-3W，而且损耗小，具备良好的抗饱和能力和抗DC-Bias特性，饱和磁感应强度达到1.2T，Hc矫顽力小于0.5A/m，适合作为高频电感磁芯。
本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯进行制备时，将制备原料放入非真空感应炉均匀熔炼，然后倒入冷却铸盘，形成合金钢锭；将合金钢锭放入喷带设备的中频感应熔炼炉，进行二次均匀熔炼，然后将钢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，超急冷，通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出带材；将获得的喷出的带材上自动绕带机，卷绕成磁芯；将获得的磁芯进行热处理，获得宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯。第一次熔炼时，熔炼的温度1400℃-1600℃，熔炼的时间100-120min,Nb和B分别采用铌铁和硼铁中间合金，加料顺序为先将纯铁和铌铁放进熔炼炉中，待完全熔化后再加入硼铁和Cu，Si和M最后加入。第二次熔炼时，熔炼的温度1250℃-1350℃，熔炼的时间60-100min。磁芯的热处理工艺为，在1200-2000GS的横向磁场下，540-570℃保温100-150min,350-570℃之间分段设置工艺，冷却到200℃出炉。本发明通过特有制备工艺和工艺参数选取，进一步保证了本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯能够在宽频下保持较高恒定磁导率，同时具备良好的抗饱和能力和抗DC-Bias特性。
附图说明
图1是本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯的静态磁化曲线图；
图2是本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯的频率特性曲线图。
具体实施方式
实施例一：
本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯由铁基合金材料制成，铁基合金材料Si、B、Nb、M、Fe、Cu,M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种，本实施例中，M选用Tb,各成分所占的重量比例为，Si 13％，B 8％，Nb3％，Cu 1.5％，M 2％，余下为Fe。
本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯制备方法为：
步骤1：将制备原料放入非真空感应炉均匀熔炼，然后倒入冷却铸盘，形成合金钢锭；熔炼的温度1500℃，熔炼的时间110min。Nb和B分别采用铌铁和硼铁中间合金，加料顺序为先将纯铁和铌铁放进熔炼炉中，待完全熔化后再加入硼铁和Cu，Si和M最后加入。
步骤2：将步骤1获得的合金钢锭放入喷带设备的中频感应熔炼炉，进行二次均匀熔炼，熔炼的温度1300℃，熔炼的时间80min，然后将钢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，以106℃/S超急冷，通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出带材；
步骤3：将步骤2获得的喷出的带材上自动绕带机，卷绕成磁芯；
步骤4：将步骤3获得的磁芯进行热处理，获得宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯。磁芯的热处理工艺为，在1200-2000GS的横向磁场下，550℃保温120min,350-570℃之间分段设置工艺，冷却到200℃出炉。
如图2所示，本发明铁基纳米晶磁芯在0-80KHZ频率范围内具有恒定的磁导率。如图1所示，本发明铁基纳米晶磁芯具有高饱和磁感应和扁平的磁化曲线，所以作为电感磁芯可以不开气隙就能在较宽的磁场强度下获得稳定的磁导率。本发明铁基纳米晶合金磁芯在0-80KHZ频率范围内具有恒定的磁导率，磁导率2W-3W，而且损耗小，具备良好的抗饱和能力和抗DC-Bias特性，饱和磁感应强度达到1.2T，Hc矫顽力小于0.5A/m，适合作为高频电感磁芯。
实施例二：
本发明宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯由铁基合金材料制成，所说铁基合金材料含有Si、B、Nb、M、Fe、Cu,M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种，本实施例中，M选用La,各成分所占的重量比例为，Si 12.5％，B 9％，Nb2.5％，Cu 2％，M 1.5％，余下为Fe，本实施例中M选用La。实施例二中，制备方法同实施例一。

Claims (2)

1.一种宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯的制备方法，其特征在于：
制备原料为铁基合金材料，所说铁基合金材料含有Si、B、Nb、M、Fe，M为Tb、La、Ce、Pr、Nd、Dy中的一种或多种；所说铁基合金材料含有Cu；各成分所占的重量比例为，Si 12-13.5％，B 7-9％，Nb2-4％，Cu 1-2％，M 1-3％，余下为Fe；
包括如下步骤：
步骤1：将制备原料放入非真空感应炉均匀熔炼，然后倒入冷却铸盘，形成合金钢锭；
步骤2：将步骤1获得的合金钢锭放入喷带设备的中频感应熔炼炉，进行二次均匀熔炼，然后将钢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，超急冷，通过控制喷嘴与铜辊之间缝隙的距离喷出带材；
步骤3：将步骤2获得的喷出的带材上自动绕带机，卷绕成磁芯；
步骤4：将步骤3获得的磁芯进行热处理，获得宽频恒磁导率铁基纳米晶合金磁芯；
步骤1中，熔炼的温度1400℃-1600℃，熔炼的时间100-120min；
步骤2中，熔炼的温度1250℃-1350℃，熔炼的时间60-100min；
步骤4中，磁芯的热处理工艺为，在1200-2000GS的横向磁场下，540-570℃保温100-150min,350-570℃之间分段设置工艺，冷却到200℃出炉。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1中，Nb和B分别采用铌铁和硼铁中间合金，加料顺序为先将纯铁和铌铁放进熔炼炉中，待完全熔化后再加入硼铁和Cu，Si和M最后加入。
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