专利名称：块体非晶环型磁芯的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种主要应用于小型变压器、电感等的块体非晶合金环型磁芯的制备方法。
背景技术：
小型变压器或电感等通常要求磁性材料饱和磁感应强度Bs高，磁导率μ值高，铁损P值低，以及磁致伸缩系数λ低，从而使得工作的Bs值尽量高，功率因数高，能耗低、效率高以及减少噪音等。传统上，硅钢是应用于这方面的最普遍的磁性材料。但是，自从非晶合金材料被开发研究以后，由于其饱和磁感应强度接近硅钢，而损耗大大低于硅钢，在110％输出电压时激磁电流不超过正常值的10倍，而激磁电流不大于满载输出电流的3％，且长期时效性能参数变化小，成本低廉，使得非晶合金呈现很大的优势。迄今为止，部分非晶合金已经成功的取代了硅钢，获得了商业化应用并取得巨大的经济效益。
目前，广泛应用的非晶合金都是以单辊法或双辊法甩出条带，进行缠匝，加工成为铁芯。与传统硅钢比，虽然不需要冷扎，从而减少了很多加工程序，具有很大的优势，但是也存在一定的问题，如条带的厚度很薄，只有几十微米，是硅钢片的十分之一，从而影响了变压器铁芯的占空系数；另一方面，条带表面质量不容易控制，出现问题不易加工，改善，导致工作磁性能受到影响。
发明内容
本发明的技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种制备块体非晶合金环型磁芯的方法，采用该方法制备的磁芯，直接铸造成型，表面性能好，经过简单加工即可使用，并可按照需求进行叠加。
本发明的技术解决方案块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于采用铜模铸造法，首先将按比例配制好的原料，用真空炉冶炼母合金，然后将母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化，通过铜模铸造，喷射至铜模内，直接得到非晶态合金环型块体。
所采用原料要求由其所制备形成的非晶合金应同时具有较好的非晶合金形成能力、满足使用条件的较好的磁性以及一定的韧性，从而确保能够形成完整的环形磁芯。可选择由申请号为200610112811.6公开的非晶合金成分材料或者其他已经公开的非晶形成能力大于1毫米的、具有塑性变形能力的软磁性铁基或钴基非晶合金成分制备原材料。按照所用合金成分的原子百分比，计算各个元素相应的重量百分比，称取各元素，配料，熔炼，制备原材料。
所采用的铜模结构由外环D、内环d和环厚度h构成的环形结构，环心距离铜模上表面应为D/2+10mm。
本发明与现有技术相比的优点在于本发明将非晶合金直接铸造成为所需厚度及尺寸的环型样品，则可以使非晶合金象硅钢片一样进行叠加，而又不降低其他性能标准。这样，一方面解决非晶条带厚度问题，改善变压器铁芯的占空系数，另一方面，铸造的非晶表面缺陷少，即使存在表面缺陷，也可以进行加工，不会影响整体磁芯的性能，非晶合金将因此而获得更广泛的应用，且本发明制备工艺条件简单，容易在工业生产条件下实施，可广泛应用于小型变压器、电感等领域。
图1为本发明的铜模结构示意图，其中图1a为主视图，图1b为俯视图，图1c为a部放大示意图；图2为本发明采用的非晶合金Fe75Mo5P10C7.5B2.5(原子百分比)用于软磁测试的环形块体非晶表面形貌照片及相应XRD衍射数据示意图。
具体实施例方式
本发明的制备方法具体如下(1)称取各元素按所需原子个数计算出与之相关的各元素重量称取；(2)熔炼制母合金将步骤(1)称得的所需原料放入真空高频感应冶炼炉中，调节抽真空度至1～8×10-3Pa，充入氩气保护气体，氩气压力为0.01～0.08MPa；调节电流15～25A、感应温度1000～1600℃；熔炼时间5～10min后随炉冷却取出母合金；(3)制环形块体非晶合金将步骤(2)制得的所述母合金放入快速凝固装置的感应炉中，调节抽真空度至1～8×10-3Pa，充入氩气保护气体，氩气压力为0.01～0.08MPa；调节电流2～10A、感应温度900～1100℃；熔炼时间2～5min后喷射入铜模中，并随铜模冷却即制得环形块体非晶合金。
下面结合具体实施例，对本发明的制备方法详细说明。
本实施例选取具有非晶形成能力为临界直径2mm棒材的，具有明显压缩形变的，较好软磁性的Fe75Mo5P10C7.5B2.5(原子百分比)合金为原材料。环形铜模为两部分合体，环型的尺寸为外径D＝13mm，内径d＝10mm，厚度h＝1.2mm，环心距离铜模上表面约16.5mm左右，详细结构如图1所示。在条件允许情况下，可根据需求设计成具有不同尺寸，不同规格的环形模具，其中，D为环的外径，d为环内径，h为环的厚度，环心距离铜模上表面应为D/2+10毫米左右，过高会影响金属液体的冷却速度，导致环不能形成非晶；过低会使金属液体在充满环形空间以前凝固，从而不能形成完整的环。图1中标记a为环形上方一小凹槽，与环型厚度相同，其功能为一方面在环凝固时释放一定的热应力，从而防止环因热应力而断裂，另一方面可利于环脱模，从而减少对环和模具的损伤。
按所需要的原子百分比称取各元素，本实施例为75％的Fe、5％的Mo、10％的P、7.5％C和2.5％B配制好原料，开始熔炼制Fe75Mo5P10C7.5B2.5母合金；将上述称得的所需原料放入真空高频感应冶炼炉中，调节抽真空度至5×10-3Pa，充入氩气保护气体，氩气压力为0.05MPa；调节电流20A、感应温度1200℃；熔炼时间10min后随炉冷却取出Fe75Mo5P10C7.5B2.5母合金；将上述制得的所述Fe75Mo5P10C7.5B2.5母合金放入快速凝固装置的感应炉中，调节抽真空度至5×10-3Pa，充入氩气保护气体，氩气压力为0.05MPa；调节电流5A、感应温度1000℃；熔炼时间5min后喷射入铜模中，并随铜模冷却即制得Fe75Mo5P10C7.5B2.5环形块体非晶合金块体，切掉环柄及多余的突起，所得非晶环的形貌及其x射线衍射图如图2所示，可见所得环型试样为非晶结构。对于所制备的非晶环还可进行简单加工以及合理的热处理从而改善其性能。例如对上述实施例非晶合金环进行退火热处理，然后进行软磁性能测试。铸造样品和经过退火热处理样品的测试结果参见表1，可以看出该非晶合金环经过热处理后软磁性能明显改善。
表1 实施例非晶合金的磁件
图2中，标尺是为了证明采用上面写的这个成分所制备的非晶形成能力为2mm(由那个棒材尺寸可见)，以及由其制备成的环型试样尺寸的。旁边的XRD衍射图形是为了证明所示棒材和环型材料均为非晶结构的(每个图形上只有一个馒头状的漫散射峰，没有明显的、尖锐的晶体峰)。
权利要求
1.块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于采用铜模铸造法，首先将按比例配制好的原料，用真空炉冶炼母合金，然后将母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化，通过铜模铸造，喷射至铜模内，直接得到非晶态合金环型块体。
2.根据权利要求1所述的块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于所述的所采用的铜模结构由外环D、内环d和环厚度h构成的环形结构，环心距离铜模上表面应为D/2+10mm。
3.根据权利要求2所述的块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于在所述的环形铜模的上方一小凹槽，与环型厚度相同。
4.根据权利要求1所述的块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于所述的原料为非晶形成能力大于1毫米的、具有塑性变形能力的软磁性铁基或钴基非晶合金成分制备的原材料。
5.根据权利要求1所述的块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于所述的采用真空炉冶台炼母合金是将母合金放入真空高频感应冶炼炉中，调节抽真空度至1～8×10-3，充入氩气保护气体，氩气压力为0.01～0.08MPa；调节电流15～25A、感应温度1000～1600℃；熔炼时间5～10min后随炉冷却取出母合金。
6.根据权利要求1所述的块体非晶环型磁芯的制备方法，其特征在于所述的将母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化是将母合金放入快速凝固装置的感应炉中，调节抽真空度至1～8×10-3Pa，充入氩气保护气体，氩气压力为0.01～0.08MPa；调节电流2～10A、感应温度900～1100℃；熔炼时间2～5min后喷射入铜模中，并随铜模冷却即制得环形块体非晶合金。
全文摘要
块体非晶环型磁芯的制备方法，采用铜模铸造法，首先将按比例配制好的原料，用真空炉冶炼母合金，然后将母合金置于快速凝固装置的感应炉中熔化，通过铜模铸造，喷射至铜模内，直接得到非晶态合金环型块体。采用本发明制备的磁芯，直接铸造成型，表面性能好，经过简单加工即可使用，并可按照需求进行叠加，而又不降低其他性能标准。这样，一方面解决非晶条带厚度问题，改善变压器铁芯的占空系数，另一方面，铸造的非晶表面缺陷少，即使存在表面缺陷，也可以进行加工，不会影响整体磁芯的性能，非晶合金将因此而获得更广泛的应用，且本发明制备工艺条件简单，容易在工业生产条件下实施，可广泛应用于小型变压器、电感等领域。
文档编号H01F1/14GK1971781SQ200610114278
公开日2007年5月30日 申请日期2006年11月3日 优先权日2006年11月3日
发明者张涛, 刘凤娟, 李然, 逄淑杰, 马朝利 申请人:北京航空航天大学