CN117542647A - 一种铁基纳米晶磁芯的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁性器件技术领域，具体涉及一种铁基纳米晶磁芯的制作方法，包括：S1：对铁基纳米晶带材卷绕成待处理磁芯；S2：对待处理磁芯进行热处理，于热处理过程中上升至第一温度节点进行保温，再上升至第二温度节点进行保温；S3：将待处理磁芯下降至第三温度节点进行保温，随后冷却得到热处理磁芯。有益效果在于：通过对热处理工艺进行改进，在单次热处理过程中，通过设置依次升温至第一温度节点、第二温度节点，再降温至第三温度节点并进行保温的过程，使得铁基纳米晶磁芯在这一个过程中得到充分晶化，解决了现有技术中铁基纳米晶磁芯可能因受热不均导致晶化不充分、矫顽力和剩磁较高，从而影响抗饱和特性的问题，提高了产品性能且易于生产。
Description
技术领域
本发明涉及磁性器件技术领域，具体涉及一种铁基纳米晶磁芯的制作方法。
背景技术
铁基纳米晶合金具有磁导率高、矫顽力低、电导率高、损耗低等优异的软磁性能，其在互感器、变压器、开关电源、电机等诸多软磁电子器件中有较好的应用前景。由于纳米晶薄带较脆、易折断，所以难以直接应用在电子器件当中。而在工业使用当中，先将非晶带材进行粘接固化，然后再将其进行切割，从而得到适用于各种器件的不同的形状。
现有技术中，已存在基于铁基纳米晶合金制备电感器的磁芯的技术方案，该类技术方案通常是将带材形状的铁基纳米晶合金卷绕成磁芯的大致形状，再进行热处理，对磁芯表面制备保护层等得到磁芯成品，该磁芯成品可用于绕线、装盒等工序以最终得到电感器件。
但是，在实际实施过程中，发明人发现，现有技术中对铁基纳米晶合金的热处理工艺，都是经过普通磁场热处理冷却出炉后，再进行二次同工艺磁场热处理，生产工艺繁琐时间太长，其不能很好满足连续生产的需求，且不能充分满足产品对于高频化加载直流电时抗饱和特性的需求。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种铁基纳米晶磁芯的制作方法。
具体技术方案如下：
一种铁基纳米晶磁芯的制作方法，包括：
步骤S1：对铁基纳米晶带材卷绕成待处理磁芯；
步骤S2：对待处理磁芯进行热处理，于热处理过程中上升至第一温度节点进行保温，再上升至第二温度节点进行保温；
步骤S3：将所述待处理磁芯下降至第三温度节点进行保温，随后冷却得到热处理磁芯。
另一方面，于执行所述步骤S3之后还包括：
步骤S4：对所述热处理磁芯进行绕线，得到成品磁芯。
另一方面，于执行所述步骤S3之后，执行所述步骤S4之前还包括：
步骤A3：对所述热处理磁芯表面浸漆并烘烤固化，以在所述热处理磁芯的表面形成保护层。
另一方面，所述步骤S1中，于卷绕所述待处理磁芯之前，还采用自动机械装置对所述铁基纳米晶带材的表面进行压应力处理。
另一方面，所述压应力处理的过程中，通过所述自动机械装置于所述铁基纳米晶带材的表面形成辊压花纹，所述辊压花纹由凸起线条组成规则图形，所述凸起线条宽度在0.08-0.2mm之间，所述规则图形的凹陷深度在0.25-0.3mm之间。
另一方面，所述压应力处理的压力在5-100Kg之间。
另一方面，所述第一温度节点为490℃，所述第一温度节点的保温时长为60min，所述第二温度节点为570℃，所述第二温度节点的保温时长在120-240min之间，所述第三温度节点为460℃，所述第三温度节点的保温时长为80分钟，所述热处理磁芯的冷却温度在180-250℃之间。
另一方面，还对所述待处理磁芯施加横向磁场，所述横向磁场的强度在800-1200Gs之间。
上述技术方案具有如下优点或有益效果：
针对现有技术中的热处理工艺相对繁琐生产耗时较长，且性能不佳的问题，本方案中，通过对热处理工艺进行改进，在单次热处理过程中，通过设置依次升温至第一温度节点、第二温度节点，再降温至第三温度节点并进行保温的过程，使得铁基纳米晶磁芯在这一个过程中得到充分晶化，解决了现有技术中铁基纳米晶磁芯可能因受热不均导致晶化不充分、矫顽力和剩磁较高，从而影响抗饱和特性的问题，提高了产品性能且易于生产。
附图说明
参考所附附图，以更加充分的描述本发明的实施例。然而，所附附图仅用于说明和阐述，并不构成对本发明范围的限制。
图1为本发明实施例的整体示意图；
图2为本发明实施例步骤S4示意图；
图3为本发明实施例步骤A3示意图；
图4为本发明实施例中实施例一的B-H曲线测试结果；
图5为本发明实施例中磁导率随辊轮压力变化示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
本发明包括：
一种铁基纳米晶磁芯的制作方法，如图1所示，包括：
步骤S1：对铁基纳米晶带材卷绕成待处理磁芯；
步骤S2：对待处理磁芯进行热处理，于热处理过程中上升至第一温度节点进行保温，再上升至第二温度节点进行保温；
步骤S3：将待处理磁芯下降至第三温度节点进行保温，随后冷却得到热处理磁芯。
具体地，针对现有技术中的热处理工艺需要重复加工，加工时间较长且性能不够理想的问题，本实施例中，通过对待处理磁芯依次上升至第一温度节点和第二温度节点，随后再下降至第三温度节点进行保温，使得待处理磁芯在各个温度节点上能够实现较为均匀的升温，进而实现对铁基纳米晶带材的充分晶化，降低了磁芯内部的矫顽力和剩磁，从而提升了产品的抗保护性能。同时，由于上述制备过程仅需要一次加工即能够实现较好的产品性能，因此缩短了制备时间，提高了生产效率。
在一个实施例中，第一温度节点为490℃，第一温度节点的保温时长为60min，第二温度节点为570℃，第二温度节点的保温时长在120-240min之间，第三温度节点为460℃，第三温度节点的保温时长为80min，热处理磁芯的冷却温度在180-250℃之间。
具体地，针对现有技术中的热处理工艺需要重复加工，加工时间较长且性能不够理想的问题，本实施例中，针对铁基纳米晶材料的特性，进一步地将第一温度节点确定为490℃，并保温60分钟以使得铁基纳米晶材料能够充分受热，且受热均匀，避免因受热不均导致材料中存在较大的矫顽力。随后，将第二温度节点确定为570℃，并根据实际的产品尺寸在120-240分钟之间对保温时长进行调整，使得铁基纳米晶能够被充分晶化；最后，降温至460℃并保温80分钟，实现较为完整的晶化过程，最后冷却至180-250℃出炉。通过上述热处理过程实现了对材料较好的处理效果。
在一个实施例中，如图2所示，于执行步骤S3之后还包括：
步骤S4：对热处理磁芯进行绕线，得到成品磁芯。
具体地，在对上述磁芯进行了制备后，为实现产品较好的性能，还可进一步地对磁芯进行绕线处理，得到成品磁芯。根据实际制备的产品的不同，还可进一步地选择线圈的绕制方式。比如，通过调整线圈的组数形成不同类型的共模电感。
在一个实施例中，如图3所示，于执行步骤S3之后，执行步骤S4之前还包括：
步骤A3：对热处理磁芯表面浸漆并烘烤固化，以在热处理磁芯的表面形成保护层。
具体地，为实现较好的产品制备效果，本实施例中，还在对磁芯进行了热处理后、绕线之前，对磁芯进行表面浸漆，随后，对磁芯进行烘烤固化，使得浸漆过程中形成的漆层固化作为保护层，实现了较好的产品寿命。
在一个实施例中，步骤S1中，于卷绕待处理磁芯之前，还采用自动机械装置对铁基纳米晶带材的表面进行压应力处理。
具体地，为进一步地提升待处理磁芯的抗饱和特性，本实施例中，还在卷绕磁芯之前，通过自动机械装置对铁基纳米晶带材的表面进行压应力处理，通过对铁基纳米晶带材进行压制，预先释放材料内部产生的内应力，进而降低了制得的磁芯内部的矫顽力和剩磁，使得最终制得的磁芯具有更好的抗饱和特性。
在一个实施例中，压应力处理的过程中，通过自动机械装置于铁基纳米晶带材的表面形成辊压花纹，辊压花纹由凸起线条组成规则图形，凸起线条宽度在0.08-0.2mm之间，规则图形的凹陷深度在0.25-0.3mm之间。
具体地，为实现对纳米晶磁芯内部的矫顽力较好的去除效果，本实施例中，在压应力处理的过程中，还进一步地在铁基纳米晶带材的表面形成了辊压花纹，通过辊压花纹的形式在带材的表面制造规则图形的凹陷，进而使得铁基纳米晶带材的内应力得到均匀释放，从而实现对纳米晶磁芯内部的矫顽力较好的去除效果。
在一个实施例中，压应力处理的压力在5-100Kg之间。
具体地，为实现对纳米晶磁芯内部的矫顽力较好的去除效果，本实施例中，进一步地根据带材的厚度将压应力处理的压力控制在5-100Kg之间，实现了对铁基纳米晶带材内部的内应力较好的去除效果，从而降低了纳米晶磁芯内部的矫顽力。
在一个实施例中，还对待处理磁芯施加横向磁场，横向磁场的强度在800-1200Gs之间。
具体地，为实现对纳米晶内的剩磁的降低，本实施例中，还进一步地对待处理磁芯施加横向磁场，并控制横向磁场的强度在800-1200Gs之间，从而实现了对纳米晶的剩磁较好的处理效果。在另一个实施例中，还进一步地控制仅在步骤S2中添加横向磁场，来实现对剩磁较好的抑制效果。
下面结合具体的生产实施例对本方案作进一步说明：
实施例1
(1)上料卷材通过机械自动装置，设置花纹辊辊轮压力为80-100Kg，作用在带材表面上形成轧制花纹纹路，通过缓冲辊轮卷绕成规定尺寸的磁芯。
(2)启动加热系统关闭炉腔门将炉体抽真空；达到真空要求关闭真空泵，升温至250℃，放入高纳米晶磁芯向炉体通入惰性气体-氮气，
(3)进行热处理加横磁场490℃保温60min,从490℃升温到570℃关闭磁场，保温温度为570℃，保温时间120-240min，
(4)降温到磁场温度为460℃进行横磁场热处理保温80min，退出炉胆自然温度降至到180～250℃出炉风冷。
(5)侵漆固化，绕线形成磁芯。
对实施例1进行B-H曲线检测，测得结果如图4所示。
对比例
(1)启动加热系统关闭炉腔门将炉体抽真空；达到真空要求关闭真空泵，升温至250℃，放入高纳米晶磁芯向炉体通入惰性气体-氮气。
(2)进行热处理加横磁场490℃保温60min,从490℃升温到570℃关闭磁场，保温温度为570℃，保温时间120-240min，
(3)降温到磁场温度为460℃进行横磁场热处理保温80min，退出炉胆自然温度降至到180～250℃出炉风冷。
(4)二次热处理重复步骤(1)(2)(3)
(5)侵漆固化，绕线形成磁芯。
实施例2
(1)上料卷材通过机械自动装置设置花纹辊辊轮2-3压力为80-100Kg，作用在带材表面上形成轧制花纹纹路，通过缓冲辊轮卷绕成规定尺寸的磁芯。
(2)启动加热系统关闭炉腔门将炉体抽真空；达到真空要求关闭真空泵，升温至250℃，放入高纳米晶磁芯向炉体通入惰性气体-氮气，
(3)进行热处理加横磁场490℃保温60min,从490℃升温到570℃关闭磁场，保温温度为570℃，保温时间120-240min，
(4)降温到磁场温度为400℃进行横磁场热处理保温80min，退出炉胆自然温度降至到180～250℃出炉风冷。
(5)侵漆固化，绕线形成磁芯。
实施例3
(1)上料卷材通过机械自动装置设置花纹辊辊轮2-3压力为80-100Kg，作用在带材表面上形成轧制花纹纹路，通过缓冲辊轮卷绕成规定尺寸的磁芯。
(2)启动加热系统关闭炉腔门将炉体抽真空；达到真空要求关闭真空泵，升温至250℃，放入高纳米晶磁芯向炉体通入惰性气体-氮气，
(3)进行热处理加横磁场490℃保温60min,从490℃升温到570℃关闭磁场，保温温度为570℃，保温时间120-240min，
(4)降温到磁场温度为500℃进行横磁场热处理保温80min，退出炉胆自然温度降至到180～250℃出炉风冷。
(5)侵漆固化，绕线形成磁芯。
实施例4
(1)上料卷材通过机械自动装置设置花纹辊辊轮压力为80-100Kg，作用在带材表面上形成轧制花纹纹路，通过缓冲辊轮卷绕成规定尺寸的磁芯。
(2)启动加热系统关闭炉腔门将炉体抽真空；达到真空要求关闭真空泵，升温至250℃，放入高纳米晶磁芯向炉体通入惰性气体-氮气，
(3)进行热处理加横磁场490℃保温60min,从490℃升温到570℃关闭磁场，保温温度为570℃，保温时间120-240min，
(4)降温到磁场温度为520℃进行横磁场热处理保温80min，退出炉胆自然温度降至到180～250℃出炉风冷。
(5)侵漆固化，绕线形成磁芯。
表1产品使用测试设备软磁直流测试装置联众MAST-2010SD,软磁交流测试装置联众MAST-2010SA测试性能如下表；
对比实施例1～4可知，随着磁场热处理温度的升高，初始磁导率μi单调递减；剩磁Br、矫顽力Hc先递减再增大。饱和磁感应强度Bs无明显差异。最佳温度为460-500℃。
通过实施例1和对比例，可知对比例磁导率大于实施例1剩磁、矫顽力大于实施例1，说明压应力加磁场热处理达到相同的性能能缩短热处理时间节省成本且性能优越相对于抗饱和产品。是因为压应力不能改变材料本身结构和微观结构,但可以改变磁畴结构来达到特定的性能。
表2在实施例1基础上改变压力值制备对比例5-9测试特性
显然，如图5所示，随着辊轮间压力的增大，剩余磁感应强度呈下降趋势，电感也呈下降趋势，但是加载直流电电感下降百分比逐渐降低。说明改变压应力作用可以增加直流抗饱和能力。是因为压应力会使磁导率降低慢慢接近恒导磁从而达到抗饱和的目的。电感的选择依据产品需求选择。故本发明实施例辊轮间压力在30kg-100kg为优选。
以上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发明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 (8)
1.一种铁基纳米晶磁芯的制作方法，其特征在于，包括：
步骤S1：对铁基纳米晶带材卷绕成待处理磁芯；
步骤S2：对待处理磁芯进行热处理，于热处理过程中上升至第一温度节点进行保温，再上升至第二温度节点进行保温；
步骤S3：将所述待处理磁芯下降至第三温度节点进行保温，随后冷却得到热处理磁芯。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，于执行所述步骤S3之后还包括：
步骤S4：对所述热处理磁芯进行绕线，得到成品磁芯。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，于执行所述步骤S3之后，执行所述步骤S4之前还包括：
步骤A3：对所述热处理磁芯表面浸漆并烘烤固化，以在所述热处理磁芯的表面形成保护层。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述步骤S1中，于卷绕所述待处理磁芯之前，还采用自动机械装置对所述铁基纳米晶带材的表面进行压应力处理。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述压应力处理的过程中，通过所述自动机械装置于所述铁基纳米晶带材的表面形成辊压花纹，所述辊压花纹由凸起线条组成规则图形，所述凸起线条宽度在0.08-0.2mm之间，所述规则图形的凹陷深度在0.25-0.3mm之间。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述压应力处理的压力在5-100Kg之间。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一温度节点为490℃，所述第一温度节点的保温时长为60min，所述第二温度节点为570℃，所述第二温度节点的保温时长在120-240min之间，所述第三温度节点为460℃，所述第三温度节点的保温时长为80min，所述热处理磁芯的冷却温度在180-250℃之间。
8.根据权利要求1所述的制作方法，于执行所述步骤S2时，还对所述待处理磁芯施加横向磁场，所述横向磁场的强度在800-1200Gs之间。
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