CN110993240B - 一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金及其制备方法 - Google Patents

一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于软磁合金材料领域，公开了一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金及其制备方法。所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金具有通式：FexCuySizBmNbnCow。其中，71.0≤x≤79.7，0.3≤y≤1.0，6.5≤z≤9.5，8.5≤m≤10.5，0≤n≤1.0，5.0≤w≤7.0；x，y，z，m，n，w是指各元素的质量百分比，x+y+z+m+n+w＝100。本发明通过加入特定的元素，辅以相应的比例，所得铁基非晶软磁合金具有高线性、高抗饱和特性、低矫顽力等优良的软磁性能，并且具有低损耗的特点。

Description

一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金及其制备方法
技术领域
本发明属于软磁合金材料领域，具体涉及一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金及其制备方法。
背景技术
目前市场上使用的电度表主要有机械式电度表、电子式电度表和智能式电度表几种类型。传统的机械电度表是一种基于电磁感应原理的轮盘式瓦时计，由于它无法检测到失真电流并且不能准确计算电能，无法满足太阳能、风能、电动汽车等新的分布式、储能式的供用电模式的发展对测量器件的抗电磁干扰和电能精确计量的更高需求，其被淘汰已成趋势。因此，欧洲已经逐渐废除对应IEC62053-22标准的瓦时计，并制定出对应于测量扭曲波形(半波整流波形)瓦时计的IEC62053-21标准，在欧洲以外也逐渐采用适合IEC62053-21标准的电子式电度表。电子式电度表主要采用电流互感器(CT)或霍尔元件来检测电流。采用霍尔元件的电流传感器，是在磁芯上形成间隙并将霍尔元件配置在间隙中，在磁芯的闭合磁路中穿过通有被测电流的导线，通过霍尔元件检测出在间隙部位产生的与电流大致成比例的磁场从而进行电流测量，其缺点包括：由于具有气隙而产生漏磁，并且可能对周边产生影响，反过来，也容易受到周边漏磁的影响，不易对测量过程进行保护；具有足够精确度的可测电流范围比电流互感器的可测电流范围小，并且不具有高灵敏度。电流互感器是通过在磁芯的某一闭合磁路中缠绕具有比较多的匝数的二级线圈，并使原边(通有被测电流的边)穿过该闭合磁路，从而实现电流测量。电流互感器磁芯的形状有环形和共轭形之分，不过在环形磁芯进行缠绕二级线圈，可以降低磁通泄露，并实现小型化，获得接近理论分析的性能。目前用于电流互感器的磁芯材料中，硅钢、坡莫合金、Fe基非晶态合金等均难以实现对半波电流等非对称的电流进行准确的测量，无法满足适合IEC62053-21标准的电子式电度表的要求。钴基非晶态合金虽然在非对称电流精确测量中表现了优秀的特性，但是成本较高。传统的铁基纳米晶软磁合金带材具有非常优异的综合磁性能，在电力、中高频电力电子和电子信息领域中获得广泛应用，然而，由于其高导磁率，同样不适于应用在非对称电流和含有直流分量的电流的精确测量上。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金。本发明铁基非晶软磁合金具有较强的抗饱和特性，还具有低剩磁、以及极低的损耗等特性。
本发明的另一目的在于提供上述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金，具有式(I)所示的通式：
FexCuySizBmNbnCow (I)；
其中，71.0≤x≤79.7，0.3≤y≤1.0，6.5≤z≤9.5，8.5≤m≤10.5，0≤n≤1.0，5.0≤w≤7.0；x，y，z，m，n，w是指各元素的质量百分比，x+y+z+m+n+w＝100。
优选地，76.9≤x≤77.1，0.55≤y≤0.75，7.5≤z≤8.5，9.1≤m≤9.8，0.2≤n≤0.8，5.5≤w≤6.5。
上述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，包括以下步骤：
A)将铁、硅、硼、铜、铌和钴进行混合熔炼，得到合金锭；
B)将步骤A)得到的合金锭破碎后进行甩带，得到非晶合金带；
C)在真空或保护性气氛的条件下，将步骤B)得到的非晶合金带进行热处理后，得到所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金。
进一步地，步骤A)中所述熔炼的温度为1300～1450℃，熔炼的时间为1～5min。
进一步地，步骤A)中所述熔炼为多次熔炼，熔炼次数不少于3次。
进一步地，步骤A)中所述熔炼的步骤具体为：先将铁和钴放入熔炼装置中熔炼，再将硅、硼、铜和铌放入熔炼装置中进行熔炼。
进一步地，步骤B)中所述合金锭破碎后还包括采用乙醇和丙酮中的至少一种进行清洗的步骤。
进一步地，步骤B)中所述甩带为单辊急冷甩带；所述甩带的冷辊线速度为45～55m/s。
进一步地，步骤B)中所述非晶合金带的宽度为2～3mm，厚度为18～35μm。
进一步地，步骤C)中所述热处理是指横向磁场热处理，横向磁场强度为800～1500Gs，热处理温度为500～550℃，时间为10～60min。优选横向磁场强度为900～1400Gs，热处理温度为510～540℃，时间为20～50min。更优选横向磁场强度为1000-1300Gs，热处理温度为520～530℃，时间为30～40min。
进一步地，步骤C)中所述热处理的升温速率为10～20℃/min。更优选为12～18℃/min，最优选为14～16℃/min。
本发明的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：
(1)本发明通过加入特定的元素，辅以相应的比例，所得铁基非晶软磁合金具有高线性、高抗饱和特性、低矫顽力等优良的软磁性能，使用该材料制作的磁环在较大直流分量条件下可以准确的测量出电流大小，有效的解决了现有的非晶纳米晶软磁合金易饱和、以及饱和之后无法正常工作的问题，并且该新型铁基非晶软磁合金具有低损耗的特点，在电路应用中大大的减少能量损耗，提高了工作效率，在提高测量精度的同时也具有节能环保的优点。
(2)本发明制备的铁基非晶软磁合金，饱和磁化强度高，能达到1.35T左右，抗饱和能力强，磁场强度达到500A/m时材料才出现饱和，剩磁＜2mT，矫顽力＜0.5A/m，有效的改善了现有非晶/纳米晶软磁合金Bs低，抗饱和能力低，在工业电流较大的场所无法准确测量的缺点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
按表1的配比称取各原料共50g：
表1
原料 纯度(％) 配比(质量分数)
Fe ≥99.8 76.9
Si ≥99.5 7.5
B ≥94.5 9.15
Cu ≥99.5 0.55
Nb ≥95.0 0.3
Co ≥99.5 5.6
(1)将上述比例称取的原料放入真空熔炼炉中多次熔炼(不少于3次)，熔炼的温度为1380℃，熔炼的时间为4min，冷却后得到合金锭。
(2)将合金锭破碎后用丙酮清洗，用单辊急冷法进行甩带，甩带的冷辊线速度为50m/s，得到宽度为3mm，厚度为25μm的条带状非晶合金。
(3)将条带状非晶合金进行横向磁场热处理，横向磁场强度为1300Gs，热处理温度为530℃，时间为40min。热处理的升温速率为15℃/min。
本实施例得到的铁基非晶软磁合金，饱和磁化强度为1.35T，磁场强度达到500A/m时材料才出现饱和，剩磁Br为1.5mT，矫顽力Hc为0.25A/m。
实施例2
按表2的配比称取各原料共50g：
表2
原料 纯度(％) 配比(质量分数)
Fe ≥99.8 79.7
Si ≥99.5 6.5
B ≥94.5 8.5
Cu ≥99.5 0.3
Nb ≥95.0 0
Co ≥99.5 5
(1)将上述比例称取的原料放入真空熔炼炉中多次熔炼(不少于3次)，熔炼的温度为1380℃，熔炼的时间为4min，冷却后得到合金锭。
(2)将合金锭破碎后用丙酮清洗，用单辊急冷法进行甩带，甩带的冷辊线速度为50m/s，得到宽度为3mm，厚度为25μm的条带状非晶合金。
(3)将条带状非晶合金进行横向磁场热处理，横向磁场强度为1300Gs，热处理温度为530℃，时间为40min。热处理的升温速率为15℃/min。
本实施例得到的铁基非晶软磁合金，饱和磁化强度为1.36T，磁场强度达到460A/m时材料才出现饱和，剩磁Br为1.8mT，矫顽力Hc为0.4A/m。
实施例3
按表3的配比称取各原料共50g：
表3
Figure BDA0002345408160000051
Figure BDA0002345408160000061
(1)将上述比例称取的原料放入真空熔炼炉中多次熔炼(不少于3次)，熔炼的温度为1380℃，熔炼的时间为4min，冷却后得到合金锭。
(2)将合金锭破碎后用丙酮清洗，用单辊急冷法进行甩带，甩带的冷辊线速度为50m/s，得到宽度为3mm，厚度为25μm的条带状非晶合金。
(3)将条带状非晶合金进行横向磁场热处理，横向磁场强度为1300Gs，热处理温度为530℃，时间为40min。热处理的升温速率为15℃/min。
本实施例得到的铁基非晶软磁合金，饱和磁化强度为1.31T，磁场强度达到450A/m时材料才出现饱和，剩磁Br为2mT，矫顽力Hc为0.5A/m。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金，其特征在于所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金具有式(I)所示的通式：
FexCuySizBmNbnCow (I)；
其中，76.9≤x≤77.1，0.55≤y≤0.75，7.5≤z≤8.5，9.1≤m≤9.8，0 .2≤n≤0.8，5.5≤w≤6.5；x，y，z，m，n，w是指各元素的质量百分比，x+y+z+m+n+w＝100；
所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的饱和磁化强度为1 .35T、矫顽力Hc小于0.25A/m；
所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备包括熔炼、甩带和热处理；所述热处理是指横向磁场热处理，横向磁场强度为800～1500Gs，热处理温度为500～550℃，时间为10～60min。
2.权利要求1所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在包括以下步骤：
A)将铁、硅、硼、铜、铌和钴进行混合熔炼，得到合金锭；
B)将步骤A)得到的合金锭破碎后进行甩带，得到非晶合金带；
C)在真空或保护性气氛的条件下，将步骤B)得到的非晶合金带进行热处理后，得到所述抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金。
3.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤A)中所述熔炼的温度为1300～1450℃，熔炼的时间为1～5min。
4.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤A)中所述熔炼为多次熔炼，熔炼次数不少于3次。
5.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤A)中所述熔炼的步骤具体为：先将铁和钴放入熔炼装置中熔炼，再将硅、硼、铜和铌放入熔炼装置中进行熔炼。
6.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤B)中所述合金锭破碎后还包括采用乙醇和丙酮中的至少一种进行清洗的步骤。
7.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤B)中所述甩带为单辊急冷甩带；所述甩带的冷辊线速度为45～55m/s；所述非晶合金带的宽度为2～3mm，厚度为18～35μm。
8.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤C)中所述热处理是指横向磁场热处理，横向磁场强度为800～1500Gs，热处理温度为500～550℃，时间为10～60min。
9.根据权利要求2所述的一种抗直流分量互感器用铁基非晶软磁合金的制备方法，其特征在：步骤C)中所述热处理的升温速率为10～20℃/min。
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