CN112951579B - 一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，包括如下步骤，S1、铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理；S2、使用恒张力卷绕机，将带材进行卷绕成磁芯；S3、使用气氛退火炉进行预退火处理；S4、复合磁场退火处理。通过采用上述技术方案，降低纳米晶磁芯剩磁Br值，提高抗直流特性，提高高频逆变变压器的稳定性，减小互感器电流的角差。
Description
技术领域
本发明涉及属于高频逆变电源的技术领域，具体涉及一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法。
背景技术
软磁材料具有低矫顽力、高磁导率等磁特性，是制作电感器、扼流圈、传感器等磁芯的原材料，目前已在电力、电机和电子等行业得到广泛应用，而纳米晶合金软磁材料作为这一领域的新兴材料，因同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗、高电阻率及高强韧性等优点，吸引了众多科研工作者的关注，从研究初期就已投入生产应用，且其制备工艺简单、节能环保，在少数领域已部分替代了传统的硅钢和铁氧体材料。
随着技术发展的成熟，纳米晶磁芯在逆变电源应用越来越广泛，但要降低这种磁芯的剩磁，现有的退火工艺水平即使通过恒张力退火也只能≤10mT，影响电力系统稳定、可靠运行及准确计量、测量。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，具有降低纳米晶磁芯剩磁Br值的优点，提高抗直流特性，提高高频逆变变压器的稳定性，减小互感器电流的角差。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，包括如下步骤：
S1、铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理；
S2、使用恒张力卷绕机，将带材进行卷绕成磁芯；
S3、使用气氛退火炉进行预退火处理；
S4、复合磁场退火处理；
其中，所述S3中，预退火的步骤为：
a、经25-35min将气氛退火炉的温度从室温升温至390-410℃；
b、在390-410℃保温25-35min后，用25-35min升温至440-460℃；
c、在440-460℃保温25-35min后，控制气氛退火炉25-35min内降温至190-210℃，打开气氛退火炉的炉门，将纳米晶磁芯取出；
d、从气氛退火炉取出的纳米晶磁芯，急冷处理至常温；
其中，所述S4中，退火步骤为：
a、经过55-65min将气氛退火炉的温度从室温升温至510-530℃；
b、在510-530℃保温45-55min后，通过20-30min升温至550-560℃；
c、在550-560℃保温115-125min后，控制气氛退火炉降温15-25min后降温至490-510℃；
d、在此降温过程中，施加纵磁场处理,温度降到490-510℃后关闭纵磁电流；
e、再打开横磁场，在490-510℃保温85-95min后，控制气氛退火炉经55-65min降温至190-210℃；
f、将纳米晶磁芯取出，急冷处理至常温。
通过采用上述技术方案，对铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理，使其带材表面提高电阻率，以提高带材特性。通过恒张力卷绕机，将带材进行卷绕，达到带材层间张力一致性，再在440-460℃保温进行预退火处理，去除多余应力，使其纳米晶带材内部结构稳定，经过热处理退火工艺处理后，将剩磁Br值≤2mT，降低剩磁Br值，提高抗直流特性，为高频逆变变压器提高更好的稳定性，也为互感器减小电流的角差。
本发明进一步设置为：所述S3中，预退火的步骤为：
a、经30min将气氛退火炉的温度从室温升温至400℃；
b、在400℃保温30min后，用30min升温至450℃；
c、在450℃保温30min后，控制气氛退火炉30min内降温至200℃，打开气氛退火炉的炉门，将纳米晶磁芯取出；
d、从气氛退火炉取出的纳米晶磁芯，急冷处理至常温。
通过采用上述技术方案，在440-460℃保温进行预退火处理，去除多余应力，使其纳米晶带材内部结构稳定。
本发明进一步设置为：所述S4中，退火步骤为：
a、经过60min将气氛退火炉的温度从室温升温至520℃；
b、在520℃保温50min后，通过25min升温至555℃；
c、在555℃保温120min后，控制气氛退火炉降温20min后降温至500℃；
d、在此降温过程中，施加纵磁处理,温度降到500℃后关闭纵磁电流；
e、再打开横磁场，在500℃保温90min后，控制气氛退火炉经60min降温至200℃；
f、将纳米晶磁芯取出，急冷处理至常温。
通过采用上述技术方案，经过热处理退火工艺处理后，将剩磁Br值≤2mT，降低剩磁Br值，提高抗直流特性，为高频逆变变压器提高更好的稳定性，也为互感器减小电流的角差。
本发明进一步设置为：所述S1中，将氧化镁与酒精两者1:1混合并均匀涂洒在铁基纳米晶带材的表面，在室温自然晾干。
通过采用上述技术方案，用于去除铁基纳米晶带材的表面氧化物，减少氧化物对铁基纳米晶带材性能的干扰。
本发明进一步设置为：所述S2中，铁基纳米晶带材的厚度为12-25um,宽度为5-32mm。
通过采用上述技术方案，严格控制纳米晶带材的厚度和宽度，使得纳米晶磁芯在保持良好的电感量、较高的品质因数的同时，降低了产品的损耗值，提高了直流偏置能力。
本发明进一步设置为：在执行所述S4步骤之前，在室温条件下，在气氛退火炉中充入惰性气体。
通过采用上述技术方案，起到均匀温度的作用，惰性气体是热量的传导介质，使炉内磁芯均匀的受热，从而使磁芯的温度均匀、平衡，纳米晶磁芯的磁导率与在退火炉气氛有关,退火炉的气氛不同时，磁导率有一定的差异；同时，提升气氛退火炉的退火工艺稳定性。
本发明进一步设置为：所述S4中，纵磁场的电流控制在3-5A，横磁场的电流控制在380-400A。
通过采用上述技术方案，将磁场强度限制在合适范围。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.通过对铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理，使其带材表面提高电阻率，以提高带材特性，用恒张力卷绕机将带材进行卷绕，达到带材层间张力一致性，再在440-460℃保温进行预退火处理，去除多余应力，使其纳米晶带材内部结构稳定；
2.通过热处理退火工艺处理后，将剩磁Br值≤2mT，降低剩磁Br值，提高抗直流特性，为高频逆变变压器提高更好的稳定性，也为互感器减小电流的角差。
附图说明
图1为本实施例的操作流程图；
图2为常规热处理后的磁芯测试磁滞回线；
图3为本实施例的磁芯测试磁滞回线；
图4为本实施例的DC-Bias曲线。
具体实施方式
以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明公开的一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，包括如下步骤：
S1、铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理,即是将氧化镁与酒精两者1:1混合并均匀涂洒在铁基纳米晶带材的表面，在室温自然晾干；
S2、使用恒张力卷绕机，将铁基纳米晶带材进行卷绕成磁芯，铁基纳米晶带材的厚度选为12-25um,宽度为5-32mm；
S3、使用气氛退火炉进行预退火处理，预退火的步骤为：
a、经30min将气氛退火炉的温度从室温升温至400℃；
b、在400℃保温30min后，用30min升温至450℃；
c、在450℃保温30min后，控制气氛退火炉30min内降温至200℃，打开气氛退火炉的炉门，将纳米晶磁芯取出；
d、从气氛退火炉取出的纳米晶磁芯，将纳米晶磁芯放置在冷却架用强风急冷至常温。
S4、复合磁场退火处理，退火步骤为：
a、在室温条件下，在气氛退火炉中充入惰性气体，惰性气体优选为氩气
b、经过60min将气氛退火炉的温度从室温升温至520℃；
c、在520℃保温50min后，通过25min升温至555℃；
d、在555℃保温120min后，控制气氛退火炉降温20min后降温至500℃；
e、在此降温过程中，施加纵磁场处理，纵磁场的电流控制在3-5A,温度降到500℃后关闭纵磁电流；
f、再打开横磁场，横磁场的电流控制在380-400A，在500℃保温90min后，控制气氛退火炉经60min降温至200℃；
g、将纳米晶磁芯取出，将纳米晶磁芯放置在冷却架用强风急冷至常温。
如图2和图3所示，增加的预处理，即对铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理，使其带材表面提高电阻率，以提高带材特性。通过恒张力卷绕机，将带材进行卷绕，达到带材层间张力一致性。
同时，再在440-460℃保温进行预退火处理，去除多余应力，使其纳米晶带材内部结构稳定。
如图3和图4所示，经测试，从磁滞回线和DC直流加载测试曲线可知，抗偏置能力从20A/m提升到500A/m，而且Bs在1.1-1.2T范围内，不仅具有稳定的直流偏置能力，还具有高饱和磁感应强度；在Hc(矫顽力)数据也可以看到从0.7A/m降到了0.22A/m，更提高了产品的稳定性、可靠性。本发明制得的纳米晶磁芯的剩磁Br值可以达到≤2mT，降低剩磁Br值，提高抗直流特性，为高频逆变变压器提高更好的稳定性，也为互感器减小电流的角差。
上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：包括如下步骤：
S1、铁基纳米晶带材表面做氧化膜处理；
S2、使用恒张力卷绕机，将带材进行卷绕成磁芯；
S3、使用气氛退火炉进行预退火处理；
S4、复合磁场退火处理；
其中，所述S3中，预退火的步骤为：
a、经25-35min将气氛退火炉的温度从室温升温至390-410℃；
b、在390-410℃保温25-35min后，用25-35min升温至440-460℃；
c、在440-460℃保温25-35min后，控制气氛退火炉25-35min内降温至190-210℃，打开气氛退火炉的炉门，将纳米晶磁芯取出；
d、从气氛退火炉取出的纳米晶磁芯，急冷处理至常温；
其中，所述S4中，退火步骤为：
a、经过55-65min将气氛退火炉的温度从室温升温至510-530℃；
b、在510-530℃保温45-55min后，通过20-30min升温至550-560℃；
c、在550-560℃保温115-125min后，控制气氛退火炉降温15-25min后降温至490-510℃；
d、在此降温过程中，施加纵磁场处理,温度降到490-510℃后关闭纵磁电流；
e、再打开横磁场，在490-510℃保温85-95min后，控制气氛退火炉经55-65min降温至190-210℃；
f、将纳米晶磁芯取出，急冷处理至常温。
2.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S3中，预退火的步骤为：
a、经30min将气氛退火炉的温度从室温升温至400℃；
b、在400℃保温30min后，用30min升温至450℃；
c、在450℃保温30min后，控制气氛退火炉30min内降温至200℃，打开气氛退火炉的炉门，将纳米晶磁芯取出；
d、从气氛退火炉取出的纳米晶磁芯，急冷处理至常温。
3.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S4中，退火步骤为：
a、经过60min将气氛退火炉的温度从室温升温至520℃；
b、在520℃保温50min后，通过25min升温至555℃；
c、在555℃保温120min后，控制气氛退火炉降温20min后降温至500℃；
d、在此降温过程中，施加纵磁处理,温度降到500℃后关闭纵磁电流；
e、再打开横磁场，在500℃保温90min后，控制气氛退火炉经60min降温至200℃；
f、将纳米晶磁芯取出，急冷处理至常温。
4.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S1中，将氧化镁与酒精两者1:1混合并均匀涂洒在铁基纳米晶带材的表面，在室温自然晾干。
5.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S2中，铁基纳米晶带材的厚度为12-25um,宽度为5-32mm。
6.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：在执行所述S4步骤之前，在室温条件下，在气氛退火炉中充入惰性气体。
7.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S3和S4中的急冷处理为：将纳米晶磁芯放置在冷却架用强风急冷至常温。
8.根据权利要求1所述的铁基纳米晶磁芯剩磁的热处理方法，其特征是：所述S4中，纵磁场的电流控制在3-5A，横磁场的电流控制在380-400A。
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