高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法
【技术领域】
[0001]本发明属于材料的热处理领域，尤其是涉及一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法。
【背景技术】
[0002]目前大多数情况下，由于电能的电压等级不同，自电站到用户至少经过5级变压器，方可输进到低压用电设备(380/220V)。虽然变压器本身效率很高，但因其数量多、容量大，总损耗是很大的。据估计，我国变压器的总损耗占系统发电量的10%左右，损耗每降低1%，每年可节约上百亿度电能，因此降低变压器损耗是势在必行的节能措施。变压器损耗中的空载损耗即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，是因交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗。目前应用较广的传统软磁材料还是硅钢片，虽然其软磁特性较好，但电阻率小，因而涡流较大，铁耗较大，能耗也较大。同时硅钢片的软磁特性和电阻等与含Si量有关，据研究，6%的含Si量，软磁特性最好，电阻也比较大。但当含Si量超过4.5%时，硅钢脆性大增，轧制薄片就有困难，因此硅钢含Si量很少超过4.5%，所以用于变压器与电动机、发电机铁芯时，铜损、铁损仍然较大，并且很难再有突破。
[0003]近年来世界各国都在积极研究生产节能材料，变压器的铁芯材料也发展到目前先进的节能材料:非晶磁性材料，而非晶态合金铁芯变压器便应运而生。铁基非晶态合金材料由于具有优良的节能和环保性能，因而非晶合金铁芯的变压器近年来倍受青睐。
[0004]非晶合金材料与传统的硅钢片材料相比，矫顽力小，铁损低，电阻率高，因而其变压器铁芯的损耗相对硅钢要小很多。但是其在变压器上的应用也存在一定的缺点，比如其饱和磁化强度相对较低、带材的叠片系数较低、磁致伸缩高、应力较大，因而导致变压器噪声相对较高等，是限制其在变压器铁芯上推广应用的主要因素。研究表明，通过合适的热处理工艺，可以在非晶合金的基体中形成一定大小的纳米晶颗粒，从而提高带材的磁性能。然而热处理工艺对磁性的影响很大，不恰当的热处理反而会恶化薄带的磁性能。因此，迫切需要开发一种能够提高变压器用非晶态合金铁芯软磁性能的热处理工艺，从而促进我国铁基非晶态软磁材料及其器件相关产业的发展并切实贯彻我们节能减排的政策。
【发明内容】
[0005]本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法。
[0006]本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007](I)将绕制好的铁基非晶态合金铁芯放入热处理炉膛中；
[0008](2)关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空，然后用分子泵继续抽高真空，并保持真空；
[0009](3)利用控温设备升温至650K以缩短时间，然后升温至热处理温度；
[0010](4)保温一定时间，在保温过程中对热处理炉膛中放置铁芯部分施加纵向磁场；
[0011](5)保温结束后炉冷至室温，然后停止施加磁场；
[0012](6)取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆环氧树脂固化。
[0013]步骤(I)所述的热处理炉膛中可一次放置多个铁基非晶态合金铁芯，各铁基非晶态合金铁芯均处于炉膛的恒温区。
[0014]步骤⑵所述的初真空为IPa以下，高真空为10_3pa以下。
[0015]步骤(3)所述的热处理温度为制作铁基非晶态合金铁芯用合金带材的热分析DSC曲线中的初始晶化开始温度。
[0016]步骤(3)所述的升温至650K的加热速率大于15K/分钟，升温至热处理温度的加热速率小于5K/分钟。
[0017]步骤⑷所述的保温时间为I?2小时；纵向磁场由缠绕在热处理炉膛外壁的铜线圈通过电流产生，电流大小为100e?4000e。
[0018]步骤(6)所述的表面涂覆的环氧树脂厚度在0.5mm到1.5mm之间。
[0019]与现有技术相比，本发明主要为解决目前变压器用铁基非晶态软磁合金铁芯的饱和磁化强度较低以及铁芯中应力的问题，提供一种具有高饱和磁化强度以及低损耗的变压器用铁基非晶态合金铁芯的热处理工艺。本发明的变压器用铁基非晶态合金铁芯的热处理工艺能够有效的提高铁芯的饱和磁化强度，降低铁芯的损耗，并通过环氧树脂固化，减少铁芯应力，满足变压器应用的要求。
【附图说明】
[0020]图1为典型非晶带材的DSC曲线。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0022]实施例1:
[0023]图1为典型非晶带材的DSC曲线。从曲线中可以看出，该非晶带材在780K和830K处分别有一个晶化峰，780K为初始晶化峰的晶化开始温度(Tel)，830K为二次晶化峰的晶化开始温度(TJ。当温度加热至780K附近时，均匀的非晶相内部就会由于原子的热运动克服晶化的势垒而形成晶体相，并随着温度的升高而使初始晶化加剧。初始晶化将会产生纳米尺寸的α-Fe相晶粒，其通过与非晶边界相的磁耦合相互作用，可以大大的降低材料的矫顽力。而进一步升高温度至830Κ，则开始发生二次晶化，形成铁硼化合物，并导致晶粒异常长大，使材料的磁性能恶化。
[0024]将绕制好的该非晶合金带材铁芯5只放入热处理炉中，关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空至IPa，然后用分子泵继续抽高真空至10_3pa，继续利用分子泵抽真空并保持真空；利用热处理炉控温元件以20K/分钟加热速率升温至650K，然后以3K/分钟升温至热处理温度780K ;保温I个小时，并在保温过程中利用通电铜线圈对热处理炉膛中放置铁芯部分施加大小为3000e的纵向磁场；保温结束后随炉冷至室温，然后停止施加磁场；取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆Imm厚度的环氧树脂进行固化；待固化后即得到铁芯成品。
[0025]通过利用磁参数和电参数测量仪器测量铁芯的性能得到，热处理后铁芯的平均空载损耗为0.246W/kg，平均饱和磁化强度为1.4T。这一铁损低于变压器使用要求的0.3W/
kg ο
[0026]与常规热处理对比:使用相同的铁芯，通过常规热处理(热处理过程中不施加磁场)后，其铁芯的空载损耗为0.446W/kg，饱和磁化强度为1.2T。可以看出，与常规热处理工艺相比，使用本发明所属的热处理工艺制成的变压器用非晶态合金铁芯具有低得空载损耗和高的饱和磁化强度。
[0027]实施例2:
[0028]将绕制好的非晶合金带材铁芯共10只放入热处理炉中，关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空至IPa，然后用分子泵继续抽高真空至10_3pa，继续利用分子泵抽真空并保持真空；利用热处理炉控温元件以15K/分钟加热速率升温至650K，然后以2K/分钟升温至热处理温度750K ;保温2个小时，并在保温过程中利用通电铜线圈对热处理炉膛中放置铁芯部分施加大小为2000e的纵向磁场；保温结束后随炉冷至室温，然后停止施加磁场；取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆Imm厚度的环氧树脂进行固化；待固化后即得到铁芯成品。
[0029]通过利用磁参数和电参数测量仪器测量铁芯的性能得到，热处理后铁芯的平均空载损耗为0.266W/kg，平均饱和磁化强度为1.46T。这一铁损低于变压器使用要求的0.3W/
kg ο
[0030]实施例3:
[0031]将绕制好的非晶合金带材铁芯共I只放入热处理炉中，关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空至IPa，然后用分子泵继续抽高真空至10_3pa，继续利用分子泵抽真空并保持真空；利用热处理炉控温元件以25K/分钟加热速率升温至650K，然后以5K/分钟升温至热处理温度720K ;保温2个小时，并在保温过程中利用通电铜线圈对热处理炉膛中放置铁芯部分施加大小为4000e的纵向磁场；保温结束后随炉冷至室温，然后停止施加磁场；取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆0.5mm厚度的环氧树脂进行固化；待固化后即得到铁芯成品O
[0032]通过利用磁参数和电参数测量仪器测量铁芯的性能得到，热处理后铁芯的平均空载损耗为0.21W/kg，平均饱和磁化强度为1.35T。这一铁损低于变压器使用要求的0.3W/
kg ο
【主权项】
1.一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，包括以下步骤: (1)将绕制好的铁基非晶态合金铁芯放入热处理炉膛中； (2)关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空，然后用分子泵继续抽高真空，并保持真空； (3)利用控温设备升温至650K以缩短时间，然后升温至热处理温度； (4)保温一定时间，在保温过程中对热处理炉膛中放置铁芯部分施加纵向磁场； (5)保温结束后炉冷至室温，然后停止施加磁场； (6)取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆环氧树脂固化。
2.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤(I)所述的热处理炉膛中可一次放置多个铁基非晶态合金铁芯，各铁基非晶态合金铁芯均处于炉膛的恒温区。
3.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤⑵所述的初真空为IPa以下，高真空为10_3pa以下。
4.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤(3)所述的热处理温度为制作铁基非晶态合金铁芯用合金带材的热分析DSC曲线中的初始晶化开始温度。
5.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤⑶所述的升温至650K的加热速率大于15K/分钟，升温至热处理温度的加热速率小于5K/分钟。
6.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤(4)所述的保温时间为I?2小时；纵向磁场由缠绕在热处理炉膛外壁的铜线圈通过电流产生，磁场强度大小为100e?4000e。
7.根据权利要求1所述的一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，其特征在于，步骤(6)所述的表面涂覆的环氧树脂厚度在0.5mm到1.5mm之间。
【专利摘要】本发明涉及一种高饱和磁化强度和低损耗的变压器用非晶态合金铁芯制法，包括以下步骤：将绕制好的铁基非晶态合金铁芯放入热处理炉膛中；关闭炉门，利用真空机械泵抽初真空，然后用分子泵继续抽高真空，并保持真空；利用控温设备升温至650K以缩短时间，然后升温至热处理温度；保温一定时间，在保温过程中对热处理炉膛中放置铁芯部分施加纵向磁场；保温结束后炉冷至室温，然后停止施加磁场；取出热处理后的铁芯，并在铁芯表面涂覆环氧树脂固化。与现有技术相比，本发明产品具有高饱和磁化强度和低损耗等优点。
【IPC分类】C21D6-00, H01F41-02
【公开号】CN104576017
【申请号】CN201310513400
【发明人】张峰
【申请人】上海米创电器有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月25日