CN115572929A - 一种钴基非晶磁芯的热处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种钴基非晶磁芯的热处理方法，涉及磁芯热处理技术领域，包括：将钴基非晶软磁合金材料卷绕形成待处理磁芯；将待处理磁芯放入热处理炉中进行热处理，热处理的过程依次包括第一升温阶段、第一保温阶段、第二升温阶段、第二保温阶段和降温阶段，并于第二升温阶段施加纵磁磁场，于第二保温阶段和降温阶段施加横磁磁场；在降温阶段结束后出炉并进行风冷，以制备得到钴基非晶磁芯。有益效果是能够减小钴基非晶材料的晶粒尺寸、增加晶粒密度，最大限度提高材料的初始磁导率，初始磁导率能够达到≥12万，同时钴基非晶材料的剩磁、矫顽力降低，损耗降低，磁滞回线倾斜变窄靠近H轴，磁化曲线平直度增加，磁芯线性度提高，角差＜1.5分。
Description
技术领域
本发明涉及磁芯热处理技术领域，尤其涉及一种钴基非晶磁芯的热处理方法。
背景技术
非晶态合金由于具备高导磁率、高电阻率、高磁感、耐蚀等优异特性，逐渐代替传统坡莫合金及铁氧体等材料被广泛应用于漏电保护器、电流互感器、逆变电源、高频开关电源、脉冲变压器等的磁芯制备材料。其中，钴基非晶软磁合金材料具有极高的导磁率，极低的剩磁和矫顽力，极低的铁损，性能出色优异，且磁通密度和磁导率高，热稳定性好，同时还具有较高的耐磨性和耐蚀性，主要应用于服务器电源磁放大器，高精度互感器，传感器等特定领域。
针对对测量精度具有高要求的仪器仪表，如电流互感器，其所使用的磁芯的高导磁率和高线性度是仪器仪表测量精度的保证。但现有的钴基非晶软磁合金材料的热处理工艺无法制备得到满足需求的高导磁率和高线性度的磁芯，从而仪器仪表测量精度达不到要求，就需要用软件进行多点补偿才能达到良好的采样线性度，补偿点越多补偿越困难且成本越高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种钴基非晶磁芯的热处理方法，包括：
步骤S1，将钴基非晶软磁合金材料卷绕形成待处理磁芯；
步骤S2，将所述待处理磁芯放入热处理炉中进行热处理，所述热处理的过程依次包括第一升温阶段、第一保温阶段、第二升温阶段、第二保温阶段和降温阶段，并于所述第二升温阶段施加纵磁磁场，于所述第二保温阶段和所述降温阶段施加横磁磁场；
步骤S3，在所述降温阶段结束后出炉并进行风冷，以制备得到钴基非晶磁芯。
优选的，所述第一升温阶段为在第一时间段内由第一温度升温至第二温度，所述第一保温阶段为在第二时间段内保持所述第二温度；
所述第二升温阶段为在第三时间段内由所述第二温度升温至第三温度，所述第二保温阶段为在第四时间段内保持所述第三温度；
所述降温温度为在第五时间段内由所述第三温度降温至第四温度。
优选的，所述第一时间段为10分钟至60分钟，所述第一温度为100℃至300℃，所述第二温度为300℃至500℃，所述第二时间段为10分钟至200分钟。
优选的，所述第三时间段为10分钟至60分钟，所述第三温度为400℃至600℃，所述第四时间段为60分钟至300分钟。
优选的，所述第五时间段为20分钟至100分钟，所述第四温度为50℃至200℃。
优选的，所述纵磁磁场的电流大小为3A至50A。
优选的，所述横磁磁场的电流大小为3A至100A。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：能够减小钴基非晶软磁合金材料的晶粒尺寸的同时增加晶粒密度，从而最大限度提高钴基非晶软磁合金材料的初始磁导率，初始磁导率能够达到≥12万，同时钴基非晶软磁合金材料的剩磁、矫顽力降低，损耗降低，磁滞回线倾斜变窄靠近H轴，磁化曲线平直度增加，磁芯线性度提高，角差＜1.5分。
附图说明
图1为本发明的较佳的实施例中，一种钴基非晶磁芯的热处理方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。
本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种钴基非晶磁芯的热处理方法，如图1所示，包括：
步骤S1，将钴基非晶软磁合金材料卷绕形成待处理磁芯；
步骤S2，将待处理磁芯放入热处理炉中进行热处理，热处理的过程依次包括第一升温阶段、第一保温阶段、第二升温阶段、第二保温阶段和降温阶段，并于第二升温阶段施加纵磁磁场，于第二保温阶段和降温阶段施加横磁磁场；
步骤S3，在降温阶段结束后出炉并进行风冷，以制备得到钴基非晶磁芯。
具体地，钴基非晶软磁合金材料特殊的元素结构使其具备较高磁导率、低矫顽力和非常狭长的矩形磁滞回线形状(磁滞回线面积越小，材料磁滞损耗越小)。钴基非晶软磁合金材料低矫顽力的材料特性使得其容易被磁化而且其磁滞回线窄，降低了磁化功率和磁滞(功率)损耗，在较小的磁场作用下可以获得高的磁导率和低的矫顽力，磁滞回线呈倾斜状且狭长，磁导率几乎不随磁场变化，磁滞回线几乎重合，剩磁(Br)非常小，磁滞损耗很小。基于上述特性，本实施例中，选用钴基非晶软磁合金材料结合复合磁场热处理技术制备得到具有高初始磁导率和高线性度的钴基非晶磁芯。
本发明的较佳的实施例中，第一升温阶段为在第一时间段内由第一温度升温至第二温度，第一保温阶段为在第二时间段内保持第二温度；
第二升温阶段为在第三时间段内由第二温度升温至第三温度，第二保温阶段为在第四时间段内保持第三温度；
降温温度为在第五时间段内由第三温度降温至第四温度。
具体地，本实施例中，钴基非晶软磁合金材料晶化热处理时，在其晶化温度之上的某一温度点短暂进入弱小纵磁磁场可以使其矩形磁滞回线更靠近B轴，磁化曲线平直段向上延伸，矫顽力降低；上述晶化温度之上的某一温度点即第二升温阶段的起始温度。本发明的较佳的实施例中，第一时间段为10分钟至60分钟，第一温度为100℃至300℃，第二温度为300℃至500℃，第二时间段为10分钟至200分钟。第三时间段为10分钟至60分钟，第三温度为400℃至600℃，第四时间段为60分钟至300分钟。第五时间段为20分钟至100分钟，第四温度为50℃至200℃。优选在300℃至500℃时短暂进入弱小纵磁磁场，该弱小纵磁磁场的电流大小优选为3A至50A，施加时长为上述第三时间段。
考虑到钴基非晶软磁材料矩形磁滞回线形状的特点使其剩磁相对较高，纵磁磁场的介入会使矫顽力降低，但剩磁会同步升高，影响磁芯的的线性度。热处理第二段升温结束，进入晶化热处理恒温段，即第二保温阶段，此时纵磁磁场结束后同步介入横磁磁场一直持续至降温出炉前，400～600℃的高温恒温可以使材料晶粒尺寸变小，晶粒密度增加，最大限度提高钴基非晶材料初始磁导率μi，3～100A电流的小磁场强度可以最大限度保证材料初始磁导率在长时间的横磁磁场作用下降幅缓慢，满足≥12万的要求，同时材料的剩磁、矫顽力降低，损耗降低，磁滞回线倾斜变窄靠近H轴，磁化曲线平直度增加，磁芯线性度提高，角差＜1.5分。
本发明的较佳的实施例中，横磁磁场的电流大小为3A至100A。
作为一个优选的实施例，选用不同制备材料及不同的纵磁磁场和横磁磁场的介入温度、磁场施加时间以及电流大小时，其制备得到的磁芯的性能参数如下表一所示：
表一：
其中，本技术方案的制备工艺为：选用钴基材料，纵磁磁场的介入温度为500-545℃，施加时间为30分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为545℃，施加时间为160分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
工艺1的制备工艺为：选用1K107A作为制备材料，纵磁磁场的介入温度为500-545℃，施加时间为30分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为545℃，施加时间为160分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
工艺2的制备工艺为：选用1K107B作为制备材料，纵磁磁场的介入温度为500-545℃，施加时间为30分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为545℃，施加时间为160分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
工艺3的制备工艺为：选用钴基作为制备材料，纵磁磁场的介入温度为490-545℃，施加时间为40分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为545℃，施加时间为160分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
工艺4的制备工艺为：选用钴基作为制备材料，纵磁磁场的介入温度为500-545℃，施加时间为30分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为545℃，施加时间为220分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
工艺5的制备工艺为：选用钴基作为制备材料，纵磁磁场的介入温度为500-555℃，施加时间为30分钟，电流大小为8A，横磁磁场的介入温度为555℃，施加时间为160分钟，电流大小为65A，降温时间为60分钟，出炉温度为100℃。
由表一中可以看出，相同热处理工艺下，本技术方案选用钴基材料、工艺1选用1K107A材料和工艺2选用1K107B材料对比，本技术方案制备得到的磁芯具有更低的剩磁、远高于工艺1和工艺2的初始磁导率，且线性度能够实现＜1.5分。
作为另一个优选的实施例，采用本技术方案进行多批次的热处理工艺实验，实验结果如下表二所示：
表二：
由表二可以看出，经过五次重复实验，分别制备得到磁芯的初始磁导率、剩磁以及线性度较为稳定，说明本技术方案具有可重复实现性，可以广泛应用于生产领域。
以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种钴基非晶磁芯的热处理方法，其特征在于，包括：
步骤S1，将钴基非晶软磁合金材料卷绕形成待处理磁芯；
步骤S2，将所述待处理磁芯放入热处理炉中进行热处理，所述热处理的过程依次包括第一升温阶段、第一保温阶段、第二升温阶段、第二保温阶段和降温阶段，并于所述第二升温阶段施加纵磁磁场，于所述第二保温阶段和所述降温阶段施加横磁磁场；
步骤S3，在所述降温阶段结束后出炉并进行风冷，以制备得到钴基非晶磁芯。
2.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述第一升温阶段为在第一时间段内由第一温度升温至第二温度，所述第一保温阶段为在第二时间段内保持所述第二温度；
所述第二升温阶段为在第三时间段内由所述第二温度升温至第三温度，所述第二保温阶段为在第四时间段内保持所述第三温度；
所述降温温度为在第五时间段内由所述第三温度降温至第四温度。
3.根据权利要求2所述的热处理方法，其特征在于，所述第一时间段为10分钟至60分钟，所述第一温度为100℃至300℃，所述第二温度为300℃至500℃，所述第二时间段为10分钟至200分钟。
4.根据权利要求3所述的热处理方法，其特征在于，所述第三时间段为10分钟至60分钟，所述第三温度为400℃至600℃，所述第四时间段为60分钟至300分钟。
5.根据权利要求4所述的热处理方法，其特征在于，所述第五时间段为20分钟至100分钟，所述第四温度为50℃至200℃。
6.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述纵磁磁场的电流大小为3A至50A。
7.根据权利要求1所述的热处理方法，其特征在于，所述横磁磁场的电流大小为3A至100A。
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