CN116959836B - 一种感应炉专用非晶磁轭及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁性材料技术领域，提出了一种感应炉专用非晶磁轭及其制备方法。所述一种感应炉专用非晶磁轭，包括以下重量百分比的成分：Fe：80.0%~85.0%、Si：3.44%~6.02%、B：2.58%~5.16%、P：1.57%~6.45%、C：0.03%~0.15%、Nd：0.03%~0.05%、Ti：1.5%~2.5%、Zr：0.17%~0.35%、Ni：2.0%~3.1%；所述制备方法，包括以下步骤：将含有所述重量百分比成分的粉末投人真空感应熔炼炉中，进行梯度升温、保温处理后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。通过上述技术方案，解决了现有技术中的铁基非晶合金磁导率低、抗压强度低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及磁性材料技术领域，具体的，涉及一种感应炉专用非晶磁轭及其制备方法。
背景技术
随着磁性器件未来的小型化和高频化的发展趋势，对磁性材料提出了越来越苛刻要求，材料的高磁导率、大饱和电流和低损耗的综合特性有一个非常高的要求，非晶态合金是七十年代以来所开发的一种新型材料，由于它具有优异的磁学性能和力学性能，已广泛地应用于各种变压器、触电保护器、开关电源、脉冲变压器、传感器、磁屏蔽等领域。按成分不同，可以配制成不同系列的合金，主要分为铁基、钴基及铁镍基非晶合金三类，由于铁基非晶合金价格便宜，且磁感应强度高于另外两种，因此应用的更加广泛，但是铁基非晶合金存在磁导率低的问题，且抗压强度有待进一步提高。
发明内容
本发明提出一种感应炉专用非晶磁轭及其制备方法，解决了相关技术中的铁基非晶合金磁导率低、抗压强度低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种感应炉专用非晶磁轭，包括以下重量百分比的成分：Fe：80.0%~85.0%、Si：3.44%~6.02%、B：2.58%~5.16%、P：1.57%~6.45%、C：0.03%~0.15%、Nd：0.03%~0.05%、Ti：1.5%~2.5%、Zr：0.17%~0.35%、Ni：2.0%~3.1%。
作为进一步的技术方案，所述Si/（Si＋B）为0.5~0.6。
作为进一步的技术方案，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）＞0。
作为进一步的技术方案，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）≥1。
作为进一步的技术方案，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）≥1.5。
作为进一步的技术方案，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）＝1.5。
本发明通过调控非晶磁轭成分中的Si、B、Zr、Ni、Nd、Ti的含量，使铁基非晶合金中析出一定量的微晶组织，同时调整了晶化相α-Fe晶粒的晶粒尺寸与体积占比，进一步改善了铁基非晶合金的磁导率和抗压强度。
本发明还提出了一种感应炉专用非晶磁轭的制备方法，包括以下步骤：将含有所述重量百分比成分的粉末投人真空感应熔炼炉中，进行梯度升温、保温处理后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
作为进一步的技术方案，所述真空感应熔炼炉的压力为0.05MPa。
作为进一步的技术方案，所述梯度升温、保温处理具体为：先以5℃/min的速率升温至250~350℃，保温10~20min，再以10℃/min的速率升温至700~800℃，保温30~40min，再以20℃/min的速率升温至1300~1400℃，保温60~80min。
作为进一步的技术方案，所述梯度升温、保温处理具体为：先以5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min。
本发明的工作原理及有益效果为：
1、本发明采用价格便宜、磁感应强度的铁基非晶合金作为感应炉专用非晶磁轭，同时通过优化非晶磁轭的组成成分，赋予高的磁导率和抗压强度，将有效磁导率提高到28240以上、抗压强度提高到3485MPa以上，解决了现有技术中存在的铁基非晶合金磁导率低、抗压强度低的问题，达到了同时提高铁基非晶合金磁导率和抗压强度的效果。
2、本发明采用梯度升温的加工工艺，具体为：先5℃/min的速率升温至250~350℃，保温10~20min，再以10℃/min的速率升温至700~800℃，保温30~40min，再以20℃/min的速率升温至1300~1400℃，保温60~80min，通过控制梯度升温过程的升温速率、温度和保温时间，进一步提高了铁基非晶合金的磁导率和抗压强度。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都涉及本发明保护的范围。
实施例1
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.0%、B：3.60%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.04%、Ti：2.0%、Zr：0.26%、Ni：2.5%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例2
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：4.3%、B：4.3%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.04%、Ti：2.0%、Zr：0.26%、Ni：2.5%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例3
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.16%、B：3.44%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.04%、Ti：2.0%、Zr：0.26%、Ni：2.5%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例4
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：3.44%、B：5.16%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.04%、Ti：2.0%、Zr：0.26%、Ni：2.5%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例5
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：6.02%、B：2.58%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.04%、Ti：2.0%、Zr：0.26%、Ni：2.5%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例6
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.0%、B：3.60%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.05%、Ti：1.85%、Zr：0.35%、Ni：2.55%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例7
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.0%、B：3.60%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.05%、Ti：1.6%、Zr：0.26%、Ni：2.89%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例8
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.0%、B：3.60%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.03%、Ti：1.5%、Zr：0.17%、Ni：3.1%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例9
按照重量百分比Fe：82.5%、Si：5.0%、B：3.60%、P：4.0%、C：0.10%、Nd：0.05%、Ti：2.5%、Zr：0.25%、Ni：2.0%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例10
按照重量百分比Fe：80.0%、Si：3.44%、B：5.16%、P：6.45%、C：0.15%、Nd：0.05%、Ti：2.5%、Zr：0.25%、Ni：2.0%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至250℃，保温20min，再以10℃/min的速率升温至700℃，保温30min，再以20℃/min的速率升温至1300℃，保温80min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
实施例11
按照重量百分比Fe：85.0%、Si：3.44%、B：5.16%、P：1.57%、C：0.03%、Nd：0.05%、Ti：2.5%、Zr：0.25%、Ni：2.0%的合金配比，分别称取铁粉、硅粉、硼粉、磷粉、碳粉、钕粉、钛粉、锆粉、镍粉投人真空感应熔炼炉中，抽真空至0.05MPa，先5℃/min的速率升温至350℃，保温10min，再以10℃/min的速率升温至750℃，保温35min，再以20℃/min的速率升温至1350℃，保温60min后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
将实施例1~11得到的感应炉专用非晶磁轭使用安捷伦公司生产的E4990A型阻抗分析仪进行有效磁导率（μe）的测试，测试条件为：条带长度5 cm，电感与电阻模式、测试磁场1 A/m，交流频率1 kHz；参考GB/T 7314-2017 金属材料室温压缩试验方法的相关要求，制备5块直径为13mm、长为38mm的试块作为抗压试验的试样，实施室温压缩实验，测试抗压强度，实验压缩加载速率为0.36mm/min，测试结果记录在表1。
表1 感应炉专用非晶磁轭的有效磁导率和抗压强度
由表1可以看出，本发明通过优化非晶磁轭的组成成分，并采用梯度升温的加工工艺制备的感应炉专用非晶磁轭的有效磁导率在28240以上、抗压强度在3485MPa以上，具有良好的磁导率和抗压强度，解决了现有技术中存在的铁基非晶合金磁导率低、抗压强度低的问题，达到了同时提高铁基非晶合金磁导率和抗压强度的效果。
实施例1~3与实施例4~5相比，实施例1~3中Si/（Si＋B）为0.5~0.6，实施例4中Si/（Si＋B）为0.4，实施例5中Si/（Si＋B）为0.7，实施例1~3得到的非晶磁轭的有效磁导率和抗压强度高于实施例4~5，说明当非晶磁轭的组分中Si/（Si＋B）为0.5~0.6得到的非晶磁轭的有效磁导率和抗压强度最佳。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种感应炉专用非晶磁轭，其特征在于，包括以下重量百分比的成分：Fe：80.0%~85.0%、Si：3.44%~6.02%、B：2.58%~5.16%、P：1.57%~6.45%、C：0.03%~0.15%、Nd：0.03%~0.05%、Ti：1.5%~2.5%、Zr：0.17%~0.35%、Ni：2.0%~3.1%；
按重量百分比计，所述Si/（Si＋B）为0.5~0.6。
2.根据权利要求1所述的一种感应炉专用非晶磁轭，其特征在于，按重量百分比计，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）＞0。
3.根据权利要求2所述的一种感应炉专用非晶磁轭，其特征在于，按重量百分比计，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）≥1。
4.根据权利要求3所述的一种感应炉专用非晶磁轭，其特征在于，按重量百分比计，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）≥1.5。
5.根据权利要求4所述的一种感应炉专用非晶磁轭，其特征在于，按重量百分比计，所述（Zr＋Ni）-（Nd＋Ti）＝1.5。
6.根据权利要求1~5任意一项所述的一种感应炉专用非晶磁轭的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有所述重量百分比成分的粉末投人真空感应熔炼炉中，进行梯度升温、保温处理后，冷却至室温，进行机加工，得到感应炉专用非晶磁轭。
7.根据权利要求6所述的一种感应炉专用非晶磁轭的制备方法，其特征在于，所述真空感应熔炼炉的压力为0.05MPa。
8.根据权利要求6所述的一种感应炉专用非晶磁轭的制备方法，其特征在于，所述梯度升温、保温处理具体为：先以5℃/min的速率升温至250~350℃，保温10~20min，再以10℃/min的速率升温至700~800℃，保温30~40min，再以20℃/min的速率升温至1300~1400℃，保温60~80min。
9.根据权利要求8所述的一种感应炉专用非晶磁轭的制备方法，其特征在于，所述梯度升温、保温处理具体为：先以5℃/min的速率升温至300℃，保温15min，再以10℃/min的速率升温至800℃，保温40min，再以20℃/min的速率升温至1400℃，保温70min。
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