CN115807198A - 非晶带材及其制备方法、及非晶磁环的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非晶带材及其制备方法、及非晶磁环的制备方法，该非晶带材按原子百分比计，包括以下组分：Si：11‑15％；B：6‑9％；Nb：1‑5％；Cu：1‑5％；X：0.5‑5％；其余为Fe；其中，所述X为稀土元素。本申请通过添加稀土元素Ce(铈)，能够在非晶磁环制备的过程中起到脱氧、净化合金熔体以及增加钢液流动性的作用，从而在喷带的过程中能够更好的控制非晶带材的厚度以及密度，进而大幅提升了制备出的非晶磁环的填充系数，对应增加了非晶磁环的抗DC电流的能力，同时具有低损耗、高Bs值、高磁导率等特点，适用于大范围的推广与使用。
Description
技术领域
本发明涉及磁环技术领域，特别涉及一种非晶带材及其制备方法、及非晶磁环的制备方法。
背景技术
非晶纳米晶软磁合金具有磁导率高、矫顽力低，优异的高频软磁性能,被称为21世纪绿色电子材料，并且近年来得到了学术和企业界的广泛关注和研究。
随着计算机网络技术、5G通讯、电动汽车、光伏新能源以及多媒体技术的飞速发展，对电子器件提出了小型化、节能化、高频化的要求，从而对软磁材料提出了更新、更高的要求，即要求软磁材料具有更高的饱和磁感应强度、更高的磁导率、更低的损耗和良好的高频性能。由于铁基纳米晶合金软磁材料与传统磁粉芯材料相比具有低损耗、高Bs的优势，在储能电感、共模电感用于新能源汽车、服务器电源等功率器件的市场空间巨大，特别是在新能源汽车以及充电桩领域具有显著的性能优势。
然而，传统的纳米晶合金磁环主要是采用Fe73.5Nb3Cu1Si13.5B9配方进行晶化退火而成。此种方式制备出的磁环容易出现饱和的现象，同时无法通过DC电流，从而容易导致磁化在经过大电流时产生饱和，进而造成磁环失效，影响了磁芯的性能与稳定性。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种非晶带材及其制备方法、及非晶磁环的制备方法，以解决现有技术制备出的磁环容易出现饱和的现象，同时无法通过DC电流，从而容易导致磁化在经过大电流时产生饱和，进而造成磁环失效，导致影响了磁芯的性能与稳定性的问题。
本发明实施例第一方面提出了一种非晶带材，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：11-15％；
B：6-9％；
Nb：1-5％；
Cu：1-5％；
X：0.5-5％；
其余为Fe；
其中，所述X为稀土元素。
优选的，所述X为Ce。
优选的，所述B以硼铁中间合金的形式加入，所述Si、所述Nb、所述Cu以及所述X均以单质的形式加入。
本发明实施例第二方面提出了一种非晶带材的制备方法，用于制备如上面所述的非晶带材，所述制备方法包括：
按给定配方，经换算成质量比后进行称重配料，并将按比例配好的原材料加入至中频感应炉中进行熔炼，所述配好的原材料包括纯铁、硼铁中间合金、纯铜、硅以及稀土元素X；
待所述配好的原材料完全熔融后，进行除渣、精炼并倒入铸模中，以形成对应的合金钢锭；
将所述合金钢锭置于喷带设备中并进行熔炼喷带，以形成所述非晶带材。
优选的，所述中频感应炉的熔炼真空度为-0.5Mpa，熔炼温度为1580℃-1620℃，熔炼时间为3小时。
本发明实施例第三方面提出了一种非晶磁环的制备方法，所述制备方法包括：
获取非晶带材，并通过精密辊剪机对所述非晶带材进行剪裁处理，以获得特定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为上面所述的非晶带材；
通过自动绕带机将所述非晶片材卷绕成对应的非晶环材，并对所述非晶环材进行热处理；
采用粘接剂对热处理后的非晶环材进行含浸处理，以使粘接剂渗透到环材与环材之间的缝隙中；
通过隧道炉对非晶环材之间的粘接剂进行干燥固化处理，以制备得到非晶磁环。
优选的，所述对所述非晶环材进行热处理的步骤包括：
将所述非晶环材放置在填充有氮气的真空炉中，并对所述非晶环材施加横向磁场，以对所述非晶环材进行保温热处理；
待所述非晶环材保温热处理结束之后，通过鼓风机对所述非晶环材进行吹风冷却，以完成所述非晶环材的热处理。
优选的，所述横向磁场的强度为1200-1500GS。
优选的，所述对所述非晶环材进行保温热处理的时间为40-60分钟。
优选的，所述粘接剂为硅酸盐或者环氧树脂胶。
本发明的有益效果是：通过添加稀土元素Ce(铈)，能够在非晶磁环制备的过程中起到脱氧、净化合金熔体以及增加钢液流动性的作用，从而在喷带的过程中能够更好的控制非晶带材的厚度以及密度，进而大幅提升了制备出的非晶磁环的填充系数，对应增加了非晶磁环的抗DC电流的能力，同时具有低损耗、高Bs值、高磁导率等特点，适用于大范围的推广与使用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的非晶带材的测试曲线图；
图2为本发明一实施例提供的非晶带材的测试曲线图；
图3为本发明一实施例提供的非晶带材的电感-偏流测试曲线图；
图4为本发明一实施例提供的非晶带材的磁导率-磁场强度测试曲线图。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1至图4，所示为本发明实施例提供的非晶带材的多种测试数据图，本发明通过添加稀土元素Ce(铈)，能够在非晶磁环制备的过程中起到脱氧、净化合金熔体以及增加钢液流动性的作用，从而在喷带的过程中能够更好的控制非晶带材的厚度以及密度，进而大幅提升了制备出的非晶磁环的填充系数，对应增加了非晶磁环的抗DC电流的能力，同时具有低损耗、高Bs值、高磁导率等特点，适用于大范围的推广与使用。
具体的，本发明一方面提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuX，按原子百分比计，包括以下组分：
Si(硅)：11-15％；
B(硼)：6-9％；
Nb(铌)：1-5％；
Cu(铜)：1-5％；
X：0.5-5％；
其余为Fe(铁)；
其中，所述X为稀土元素。
具体的，在一些较佳的实施例当中，所述X可以为Ce(铈)。另外，所述B以硼铁中间合金的形式加入，所述Si、所述Nb、所述Cu以及所述X均以单质的形式加入。
实施例一
本发明第一实施例提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuCe，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：11％；B：6％；Nb：1％；Cu：1％；Ce：0.5％；其余为Fe。
实施例二
本发明第二实施例提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuCe，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：15％；B：9％；Nb：5％；Cu：5％；Ce：5％；其余为Fe。
实施例三
本发明第三实施例提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuCe，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：13％；B：8％；Nb：3％；Cu：3％；Ce：3％；其余为Fe。
实施例四
本发明第四实施例提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuCe，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：12％；B：7％；Nb：2％；Cu：2％；Ce：2％；其余为Fe。
实施例五
本发明第五实施例提供了一种非晶带材，其主要组成元素为FeSiBNbCuCe，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：14％；B：8％；Nb：4％；Cu：4％；Ce：4％；其余为Fe。
实施例六
本发明第六实施例提供了一种非晶带材的制备方法，用于制备上述任意一个实施例提供的非晶带材，所述制备方法包括：
按给定配方，经换算成质量比后进行称重配料，并将按比例配好的原材料加入至中频感应炉中进行熔炼，所述配好的原材料包括纯铁、硼铁中间合金、纯铜、硅以及稀土元素X；
待所述配好的原材料完全熔融后，进行除渣、精炼并倒入铸模中，以形成对应的合金钢锭；
将所述合金钢锭置于喷带设备中并进行熔炼喷带，以形成所述非晶带材。
其中，在本实施例中，需要指出的是，上述中频感应炉的熔炼真空度为-0.5Mpa，熔炼温度为1580℃-1620℃，熔炼时间为3小时。
具体的，在本实施例中，需要说明的是，本实施例将按照预设比例配好的原材料依次加入至上述中频感应炉中进行熔炼，并逐渐升温至1580℃-1620℃，在熔炼3小时后，开始降温，与此同时，进行除渣以及精炼处理，再将熔融的合金钢液倒入铸模中，以形成需要的合金钢锭，最后只需将形成的合金钢锭置于设置好的喷带设备中，就能够进行对应的熔炼喷带，以最终形成需要的非晶带材。
实施例七
本发明第七实施例提供了一种非晶磁环的制备方法，所述制备方法包括：
获取非晶带材，并通过精密辊剪机对所述非晶带材进行剪裁处理，以获得特定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为权利要求1至3中任意一项所述的非晶带材；
通过自动绕带机将所述非晶片材卷绕成对应的非晶环材，并对所述非晶环材进行热处理；
采用粘接剂对热处理后的非晶环材进行含浸处理，以使粘接剂渗透到环材与环材之间的缝隙中；
通过隧道炉对非晶环材之间的粘接剂进行干燥固化处理，以制备得到非晶磁环。
其中，在本实施例中，需要指出的是，所述对所述非晶环材进行热处理的步骤包括：
将所述非晶环材放置在填充有氮气的真空炉中，并对所述非晶环材施加横向磁场，以对所述非晶环材进行保温热处理；
待所述非晶环材保温热处理结束之后，通过鼓风机对所述非晶环材进行吹风冷却，以完成所述非晶环材的热处理。
进一步的，在本实施例中，需要指出的是，所述横向磁场的强度为1200-1500GS。
另外，在本实施例中，还需要指出的是，所述对所述非晶环材进行保温热处理的时间为40-60分钟。
具体的，在本实施例中，还需要指出的是，所述粘接剂为硅酸盐或者环氧树脂胶。
具体的，在本实施例中，需要说明的是，本实施例会进一步通过设置好的自动绕带机对制备出的非晶片材进行卷绕处理，以制备出对应的非晶环材，与此同时，对制备出的非晶环材进行热处理，在热处理的过程中，采用先抽真空然后通入氮气进行保护，然后再通入适量空气。非晶环材在经过热处理晶化时，非晶环材的表面会与氧气产生反应并形成SiO2、Be2O3等氧化物保护膜，从而可以起到提升带材电阻率，进而提高非晶磁环的抗DC直流性能，具体测试结果如下表1所示：
表1
| DC(OA) | H | 实施例一 | 实施例二 | 实施例三 | 实施例四 | 实施例五 | 对照例一(1K107B纳米晶) | 对照例二(μ10K铁氧体) |
| 0 | 0.00 | 16239 | 16200 | 16250 | 16330 | 16225 | 50000 | 10000 |
| 0.2 | 1.07 | 16265 | 16201 | 16240 | 16300 | 16245 | 48000 | 8500 |
| 0.4 | 2.14 | 16265 | 16230 | 16230 | 16320 | 16155 | 10000 | 5000 |
| 0.6 | 3.21 | 16265 | 16240 | 16220 | 16310 | 16166 | 2000 | 2000 |
| 0.8 | 4.27 | 16265 | 16235 | 16260 | 16265 | 16156 | 100 | 1200 |
| 1 | 5.34 | 16265 | 16221 | 16270 | 16265 | 16130 | 20 | 1000 |
| 1.2 | 6.41 | 16265 | 16260 | 16275 | 16255 | 16180 | 2 | 200 |
| 1.4 | 7.48 | 16179 | 16220 | 16130 | 16245 | 16080 | 0 | 20 |
| 1.6 | 8.55 | 16136 | 16220 | 16050 | 16110 | 16060 | 0 | 0 |
| 1.8 | 9.62 | 16093 | 16210 | 16060 | 16005 | 16005 | 0 | 0 |
| 2 | 10.68 | 16008 | 16205 | 16010 | 16000 | 15980 | 0 | 0 |
| 2.5 | 13.35 | 15922 | 15990 | 15960 | 15900 | 15960 | 0 | 0 |
| 3 | 16.03 | 15794 | 15780 | 15770 | 15700 | 15690 | 0 | 0 |
| 3.5 | 18.70 | 15665 | 15550 | 15660 | 15610 | 15660 | 0 | 0 |
| 4 | 21.37 | 15494 | 15480 | 15430 | 15550 | 15560 | 0 | 0 |
| 4.5 | 24.04 | 15323 | 15490 | 15300 | 15220 | 15530 | 0 | 0 |
| 5 | 26.71 | 15200 | 15130 | 15120 | 15100 | 15505 | 0 | 0 |
| 6 | 32.05 | 14800 | 14500 | 14970 | 14860 | 14660 | 0 | 0 |
| 8 | 42.74 | 14000 | 14100 | 14010 | 14100 | 14560 | 0 | 0 |
| 10 | 53.42 | 10000 | 12000 | 11000 | 10500 | 10600 | 0 | 0 |
| 12 | 64.10 | 5000 | 8000 | 6000 | 5500 | 5600 | 0 | 0 |
| 14 | 74.79 | 1327 | 1500 | 1435 | 1365 | 1460 | 0 | 0 |
| 16 | 85.47 | 574 | 610 | 606 | 550 | 530 | 0 | 0 |
| 18 | 96.15 | 325 | 330 | 350 | 335 | 310 | 0 | 0 |
| 20 | 106.84 | 231 | 220 | 230 | 232 | 220 | 0 | 0 |
综上所述，本发明上述实施例当中的非晶带材及其制备方法、及非晶磁环的制备方法通过添加稀土元素Ce(铈)，能够在非晶磁环制备的过程中起到脱氧、净化合金熔体以及增加钢液流动性的作用，从而在喷带的过程中能够更好的控制非晶带材的厚度以及密度，进而大幅提升了制备出的非晶磁环的填充系数，对应增加了非晶磁环的抗DC电流的能力，同时具有低损耗、高Bs值、高磁导率等特点，适用于大范围的推广与使用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种非晶带材，其特征在于，按原子百分比计，包括以下组分：
Si：11-15％；
B：6-9％；
Nb：1-5％；
Cu：1-5％；
X：0.5-5％；
其余为Fe；
其中，所述X为稀土元素。
2.根据权利要求1所述的非晶带材，其特征在于：所述X为Ce。
3.根据权利要求1所述的非晶带材，其特征在于：所述B以硼铁中间合金的形式加入，所述Si、所述Nb、所述Cu以及所述X均以单质的形式加入。
4.一种非晶带材的制备方法，其特征在于，用于制备如权利要求1-3中任意一项所述的非晶带材，所述制备方法包括：
按给定配方，经换算成质量比后进行称重配料，并将按比例配好的原材料加入至中频感应炉中进行熔炼，所述配好的原材料包括纯铁、硼铁中间合金、纯铜、硅以及稀土元素X；
待所述配好的原材料完全熔融后，进行除渣、精炼并倒入铸模中，以形成对应的合金钢锭；
将所述合金钢锭置于喷带设备中并进行熔炼喷带，以形成所述非晶带材。
5.根据权利要求4所述的非晶带材的制备方法，其特征在于：所述中频感应炉的熔炼真空度为-0.5Mpa，熔炼温度为1580℃-1620℃，熔炼时间为3小时。
6.一种非晶磁环的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
获取非晶带材，并通过精密辊剪机对所述非晶带材进行剪裁处理，以获得特定形状规格的非晶片材，所述非晶带材为权利要求1至3中任意一项所述的非晶带材；
通过自动绕带机将所述非晶片材卷绕成对应的非晶环材，并对所述非晶环材进行热处理；
采用粘接剂对热处理后的非晶环材进行含浸处理，以使粘接剂渗透到环材与环材之间的缝隙中；
通过隧道炉对非晶环材之间的粘接剂进行干燥固化处理，以制备得到非晶磁环。
7.根据权利要求6所述的非晶磁环的制备方法，其特征在于：所述对所述非晶环材进行热处理的步骤包括：
将所述非晶环材放置在填充有氮气的真空炉中，并对所述非晶环材施加横向磁场，以对所述非晶环材进行保温热处理；
待所述非晶环材保温热处理结束之后，通过鼓风机对所述非晶环材进行吹风冷却，以完成所述非晶环材的热处理。
8.根据权利要求7所述的非晶磁环的制备方法，其特征在于：所述横向磁场的强度为1200-1500GS。
9.根据权利要求7所述的非晶磁环的制备方法，其特征在于：所述对所述非晶环材进行保温热处理的时间为40-60分钟。
10.根据权利要求6所述的非晶磁环的制备方法，其特征在于：所述粘接剂为硅酸盐或者环氧树脂胶。
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