KR860000832B1 - 향상된 a. c. 자성을 갖는 무정형 금속합금 - Google Patents

향상된 a. c. 자성을 갖는 무정형 금속합금 Download PDF

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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
향상된 A. C. 자성을 갖는 무정형 금속합금
[발명의 상세한 설명]
본 발명은 일반식 FeaSibBc를 갖는 조성물로 구성된, 최소한 90%이상이 무정형(비결정성)인 금속합금에 관한 것이다. 식중 a, b, c는 각각 75-78.5, 4-10.5 및 11-21원자퍼센트를 나타내는 것이며, a+b+c=100이다. 또한, 본 발명은 합금을 소둔(annealing)하여 상기합금의 자성을 향상시키는 방법을 제공하며, 나아가서 상기금속을 포함한 전자기장치에 사용되는 철심을 제공한다.
본 합금류는 약 150℃까지의 온도에서 향상된 A. C. 자성을 갖는다. 결과적으로 이들은 전력변압기, 항공용변압기, 변류기, 고주파 변압기(작동주파수 약 400Hz-100KHz의 E. G. 변압기), 스위치코어, 고수득자기증폭기 및 저주파인버어터등에의 사용에 매우 적합하다.
본 발명의 새로운 무정형 Fe-Si-B 합금류는 근본적으로 75-78.5원자퍼센트의 철, 4-10.5원자퍼센트의 실리콘 및 11-21 원자퍼센트의 붕소로 구성된다. 이러한 조성물들은 향상된 자성을 보여준다. 이들의 향상된 자성은 125℃까지의 온도에서도 불변하며 안정한 높은 자화(magnetization), 낮은 철심손 및 볼트-암페어수요에 의하여 입증된다. 바람직한 조성은 철 78, 실리콘 6-10 및 붕소 12-16원자퍼센트로 구성되는 것이다.
이들 합금류는 최소한 90%가 무정형(비결정성)이며, 바람직하게는 97%이상, 가장 바람직하게는 100% 무정형이다. 자성은 합금류가 더큰 부피율(volume percent)의 무정형물질을 소유할수록 더욱 향상된다.
무정형물질의 퍼센트는 x선 회절에 의해 결정된다. 무정형합금류는 용융물을 약 105-106°C/sec의 속도로 냉각시킴에 의하여 형성된다. 모든 물질의 순수도는 통상의 상업용에서 밝혀진 것들이다. 앞서 언급하였듯이, 본 발명의 합금류는 75-78.5원자퍼센트의 철, 4-10.5원자퍼센트의 실리콘 및 11-21원자퍼센트의 붕소로 구성된다. 여기서, 철과 실리콘의 조성비가 한정치이상 너무 커지면 합금조성물 내에 불연속적인
Figure kpo00001
-(Fe, Si) 입자들의 석출이 과다하게 되어 결정성 입자부피비가 증가하여 고주파철심손을 증가시키는 경향을 가져오며, 또한 너무 작은 입자간격으로 인하여 구역벽운동의 방해를 초래하여 철심손을 증가시킨다. 반대로 철과 실리콘의 조성비가 너무작아지면 불연속 결정성 입자들이 크게 감소하여 강자성구역크기(ferromagnetic domain size)가 너무커져서 와동전류 및 철심손이 과도하게 된다. 붕소는 철과함께 용융되어 합금조성용융물의 금속냉각및 소둔단계에서의 비결정화에 기여한다.
여러가지 기술이 스프래트-냉각호일(splat quenched foils), 급속냉각에 의한 연속적인 리본, 도선, 박판등의 제조에 이용된다. 전형적으로, 어떤 특정한 조성이 선택되면 필요한 요소들(또는 훼로보론, 훼로실리콘등과 같은, 요소를 형성하기 위하여 분해시킬물질들)의 분말이나 과립들은 원하는 비율로 택하여져 용융되고, 균질화된 다음 이들 용융합금이 회전실린더와 같은 차가운 표면위에서 재빨리 냉각되어 진다.
본 발명의 합금류를 포함하는 연속적인 금속스트립을 제조하는 바람직한 공정은 미국특허 제4, 142, 571호(Narasimhan)에 설명되어 있다. 나라심한의 특허는 구동하는 냉각체의 표면위에 용융금속을 용착시킴에 의한 연속적인 금속스트립의 제조방법을 설명하여 준다. 그 방법은 다음 단계들을 포함한다.
(a) 리프(lips)와 냉각체표면 사이의 갭이 약 0.03-1mm 정도가 되도록 표면 가까이 위치한 한쌍의 평행한 리프로된 슬로트 노즐의 오리피스를 통과하여 냉각체 표면을 1분당 약 100-200m의 미리정해진속도로 종방향으로 구동시킴.
여기서 오리피스(orifice)는 일반적으로 냉각체 운동 방향과 직각이되도록 배열됨.
(b) 용융금속흐름을 노즐의 오리피스를 통하여 구동냉각체표면과 접촉하도록하여 거기서 금속이 연속적인 스트립을 형성하여 고화 되도록함.
본 발명의 합금류는 극소화된 융점 및 극대화된 과냉각을 갖는 관계로, 다른 철기합금 글라스류에 비하여 향상된 공정성(processability)를 갖는다. 본 합금류는 소둔에 의하여 자성을 향상시킬 수 있다. 소둔 방법은 일반적으로 다음과 같다.
합금을 응력을 제거(stress relief)하기에는 충분하나 결정화를 초래하기에 필요한 것보다는 낮은 온도로 가열한 후 냉각시키되 가열 및 냉각의 과정동안에 자기장을 걸어주는 것이다. 일반적으로, 가열에 적용되는 온도는 약 340-440℃이며, 냉각속도는 약 0.5℃/min-75℃/min, 바람직하게는 약 1℃/min-16℃/min이다.
이상에서 설명한 바의 본 합금류는 기존 합금류에 의해 보여지는 최대온도치 125℃보다도 더 높은 150℃에서 까지 안정한, 향상된 자성을 나타낸다. 이러한 본 합금류의 증가된 열안정성은 가정용 및 산업용 전력을 분배하는 변압기등의 철심과 같은 고열기기 적용장치에 이들을 사용하는 것을 가능케 한다.
본 합금류를 포함하는 철심이 변압기등의 전자기장치에 사용되는 경우, 그들은 높은 자화율, 낮은 철심손및 낮은 볼트-암페어수용등을 나타내어 전자기장치의 효과적인 작도을 유도한다. 철심을 통해 환류하는 와동전류의 결과로 생기는 에너지손실은 열형태로의 에너지 낭비를 초래한다. 그러나 본 합금류로된 철심들은 작동에 있어서 전기 에너지가 덜 필요하며 따라서 적은 열을 발생한다. 결과 비행체에 쓰이는 변압기및 커다란 동력변압기와 같은 장치의 철심을 식히는데 필요한 냉각장치를 적용하는 경우, 본 합금류로된 철심에 의하여 발생되는 열량은 상대적으로 적기 때문에 더작은 냉각장치가 요구되어 결과적으로 보탬이되는 것이다. 게다가 본 합금류로된 철심의 높은 자화율 및 높은 효율은 주어진 용량에 비해 철심의 중량을 감소시킬 수 있도록 한다. 이하의 실시예들은 본 발명은 좀더 자세히 설명하는 것으로 이들에 의하여 본 발명이 국한되는 것은 아니다.
[실시예들]
내부직경과 외부진경이 각각 0.0397m, 0.045m인 동석철심(steatite core)위에 철, 실리콘 및 붕소를 포함하는 여러가지 조성의 폭 0.0254m의 합금리본 약 0.030kg을 감아서 토로이달 시험샘플(toroidal test samples)들을 마련하였다. 고온 마그네틱선을 상기 토로이드위에 150번 감아서 795.8A/m의 원주형 D. C.장(D. C. circumferential field)을 마련하였다.
불활성 기체속에서 340-440℃로 가열시키고 냉각하는 동안 795.8A/m의 장을 적용시켜 샘플들을 소둔하면서 각 조성물들에 대한 최적의 소둔조건을 결정하였다. 최적의 조건은 코어의 여자력이 최소 가되는 것이다.
샘플들은 10℃/min의 속도로 냉각시켰다. 샘플들의 A. C.자성, 즉 전력손실(watt/kg)및 여자력(RMSV-A/Kg)을 주파수 60Hz 및 자력 1.4 tesla에서 사인-플럭스(sine-flux) 방법에 의하여 측정하였다.
본 발명의 영역에 있는 여러 합금조성물에 대한 소둔 A. C.자성치(magnetic values)를 도표 1에 표시하였다.
[도 표 1]
본 발명 영역의 무정형 금속합금에 대한 자기장 소둔 A. C.자성 측정치
Figure kpo00002
비교를 위하여, 본 발명영역밖의 여러 무정형 금속합금류의 자기장소둔 A. C.성질 측정치를 도표 Ⅱ에 나타냈다. 이들 합금류는 상온 및 100℃에서 본 발명 합금류에 비하여 더높은 철심손 및 높은 볼트-암페어 수요를 나타낸다.
[도 표 Ⅱ]
본 발명 영역밖의 무정형 금속합금에 대한 자기장소둔 A. C.자성 측정치
Figure kpo00003
/ : 측정치는 1.26T에서 행한것으로, 1.4T에서는 더욱클것으로 예상됨.
// : VA/Kg이 10보다는 작으나 매우 크므로 정밀측정이불필요함.
/// : 유연리본(ductile ribbon)으로의 주조가불능.

Claims (1)

  1. (정정) 일반식 FeaSibBc의 조성을 가지고 최소한 90%이상 무정형이며, 60Hz, 1.4T 및 100℃에서 0.37W/Kg이하의 전력손실 및 2.34VA/Kg이하의 여자력을 갖는 A. C자성이 향상된 무정형금속합금. 식중, a, b, c는 조성비(원자퍼센트)를 의미하는 것으로서 각각 75-78, 5, 4-10.5 및 11-21의 값을 가지며, a+b+c=100임.
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