节能电机的非晶铁合金铁芯及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种节能电机的非晶铁合金铁芯及其制备方法。该铁芯由以下原子配比的合金制成：(Fe1-x-yTbxCuy)1-a-b-c-d-e(Si1-zZrz)aBbCcOdFe，其中x＝0.03-0.04，y＝0.13-0.17，z＝0.02-0.04，a＝0.2-0.25，b＝0.03-0.05，c＝0.01-0.02，d＝0.01-0.015，e＝0.005-0.01。该方法包括如下步骤：(1)制备合金；(2)制备铁芯。本发明制备的非晶铁合金铁芯，采用Tb和Cu替代部分Fe，采用Zr替代部分Si提高了材料的软磁性能及磁饱和强度，在材料中掺杂O、F、B等非金属元素，来提高材料的内阻。因此，该铁芯用于节能电机时，具有较好的磁性能和较低的能量损耗。
【专利说明】节能电机的非晶铁合金铁芯及其制备方法
所属【技术领域】
[0001]本发明涉节能电机的非晶铁合金铁芯及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着工业化进程加速，能源问题已成为当代社会的焦点问题，节能材料的研究已经成为材料研究的一个重要方面。电机作为各类机械的重要基础部件之一，其效率高低对节约能源乃至经济的可持续发展有着重大影响。
[0003]传统的交/直流发电机和电动机通常采用硅钢片作为定子铁芯，所述硅钢片的电阻率和磁导率较低，形成的磁场涡流较大，导致铁损较大，尤其在高频电机中铁损更大，导致电机因温升较高而令电机性能降低，电机寿命缩短；此种电机在几千赫的高频下一般不能使用。现有的硅钢片制备的铁芯已经不能满足节能电机的高效节能的要求。
[0004]非晶态合金是利用快速凝固技术制造的新型材料，具有优异的软磁性能，即高饱和磁感应强度、高导磁率、低矫顽力、高电阻率和极低的涡流效应以及优异的耐腐蚀性能等而广泛应用于微电子、机械、电力工程等领域。利用非晶态合金的上述特点，现有技术采用非晶态合金替代传统的硅钢片、坡莫合金以及铁氧体制造电机的定子铁芯，有效的克服了传统电机的上述缺点。
[0005]但跟硅钢相比，铁基非晶合金仍存在其不足之处，即饱和磁感应强度相对较低。
【发明内容】
[0006]本发明提供节能电机的非晶铁合金铁芯及其制备方法，该非晶铁合金铁芯，具有优异的软磁性能及高磁感 应强度。
[0007]为了实现上述目的，本发明提供的节能电机的非晶铁合金铁芯由以下原子配比的合金制成:(Fei_x_yTbxCuy) Η+。+(SUr丄BbCcOdFe，其中 x = 0.03-0.04，y = 0.13-0.17，z = 0.02-0.04，a = 0.2-0.25，b = 0.03-0.05，c = 0.01-0.02，d = 0.01-0.015，e =
0.005-0.0l0
[0008]为了实现上述目的，并发明还提供了一种上述非晶铁合金铁芯的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0009](I)制备合金
[0010]按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，反复熔炼3-5次，每次磁力搅拌l_3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中金属元素Fe、Tb、Cu、Zr、S1、C采用纯度不低于99.8%的原料，B、O和F分别采用硼铁合金、氧化铁和氟化铁的形式加入；
[0011]将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在CO2和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20-30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1-1.5Mpa，得到宽度为15-35mm、厚度为15-20μπι的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在CO2: H2 =1:4-1:5;
[0012](2)制备铁芯
[0013]将上述合金薄带按照铁芯设计尺寸堆叠成预成型件，在氩气保护下，在低于晶化温度30-40K的温度下，等温退火1-1.5h，然后将退火后的非晶态合金叠片堆用绝缘漆和粘结剂作整体浸溃处理，得到本发明的铁基非晶态合金带所制得的铁芯。
[0014]本发明制备的非晶铁合金铁芯，采用Tb和Cu替代部分Fe，采用Zr替代部分Si提高了材料的软磁性能及磁饱和强度，在材料中掺杂O、F、B等非金属元素，来提高材料的内阻。因此，该铁芯用于节能电机时，具有较好的磁性能和较低的能量损耗。
【具体实施方式】
[0015]实施例一
[0016]本实施例的节能电机的非晶铁合金铁芯由以下原子配比的合金制成:(Fea84Tbatl3
Cu0.13) ο.745 (Si(|.98^^0.02) 0.2^0.03^0.01?.01^0.005。
[0017]按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，反复熔炼3次，每次磁力搅拌3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中金属元素Fe、Tb、Cu、Zr、S1、C采用纯度不低于99.8%的原料，B、O和F分别采用硼铁合金、氧化铁和氟化铁的形式加入 。
[0018]将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在CO2和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为IMpa，得到宽度为15mm、厚度为15μπι的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在CO2: H2=1: 4。
[0019]将上述合金薄带按照铁芯设计尺寸堆叠成预成型件，在氩气保护下，在低于晶化温度30Κ的温度下，等温退火lh，然后将退火后的非晶态合金叠片堆用绝缘漆和粘结剂作整体浸溃处理，得到本发明的铁基非晶态合金带所制得的铁芯。
[0020]实施例二
[0021]本实施例的节能电机的非晶铁合金铁芯由以下原子配比的合金制成:(Fea79Tbaci4
Cu0.17) ο.655 (Si(|.9θΖ 0.04) 0.25^0.05^0.02?.015^0.01。
[0022]按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，反复熔炼5次，每次磁力搅拌lmin，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中金属元素Fe、Tb、Cu、Zr、S1、C采用纯度不低于99.8%的原料，B、O和F分别采用硼铁合金、氧化铁和氟化铁的形式加入。
[0023]将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在CO2和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1.5Mpa，得到宽度为35mm、厚度为20 μ m的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在CO2: H2=1: 5。
[0024]将上述合金 薄带按照铁芯设计尺寸堆叠成预成型件，在氩气保护下，在低于晶化温度40K的温度下，等温退火1.5h，然后将退火后的非晶态合金叠片堆用绝缘漆和粘结剂作整体浸溃处理，得到本发明的铁基非晶态合金带所制得的铁芯。
[0025]比较例[0026]按照Fe647Co6Cr2.3Mo2.A5C7Si3.3P8.7的原子百分比配比，将纯度不低于99.5%的纯金属Fe、Co、N1、Cr、Mo，类金属元素S1、C和工业上使用的Fe-B合金和Fe-P合金按所需要的不同的原子百分比配置成原料，在感应熔炼炉中熔炼多次(至少4次)，熔炼好的合金喷铸在铜模中，其余步骤同实施例1。
[0027]对相同形状和尺寸的实施例1-2及比较例的铁芯进行磁性能测试以及损耗测试，在25°C进行测试，(I)损耗测量 采用SY8232B-H测试仪，测试条件为磁感1.4T，频率为50Hz，记为P14/5Q。(2)合金的饱和磁感应强度Bs采用静态磁性能测量仪，以磁场为800A/m下的磁感应强度作为合金的饱和磁感应强度Bs。测试结果显示:实施例1-2的损耗相对比较例降低25%以上，饱和磁感应强度相对比较例提高15-18%以上。
【权利要求】
1.一种节能电机的非晶铁合金铁芯，其特征在于该铁芯由以下原子配比的合金制成:(Feh_yTbxCuy)a_b_c_d_e (SihZrz)aBbCcOdFe,其中 x = 0.03-0.04, y = 0.13-0.17, z=0.02—0.04，a = 0.2-0.25，b = 0.03-0.05，c = 0.01-0.02，d = 0.01-0.015，e =0.005-0.0l0
2.一种如权利要求1所述的节能电机的非晶铁合金铁芯的制备方法，该方法包括如下步骤: (1)制备合金 按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，反复熔炼3-5次，每次磁力搅拌l_3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中金属元素Fe、Tb、Cu、Zr、S1、C采用纯度不低于99.8%的原料，B、O和F分别采用硼铁合金、氧化铁和氟化铁的形式加入； 将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在CO2和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20-30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为l_1.5Mpa，得到宽度为15-35mm、厚度为15-20μπι的Fe基非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在CO2: H2 =1:4-1:5; (2)制备铁芯 将上述合金薄带按照铁芯设计尺寸堆叠成预成型件，在氩气保护下，在低于晶化温度30-40K的温度下，等温退火1-1.5h，然后将退火后的非晶态合金叠片堆用绝缘漆和粘结剂作整体浸溃处理，得到本发明的铁基非晶态合金带所制得的铁芯。
【文档编号】C22C45/02GK103469118SQ201310314215
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年7月20日 优先权日:2013年7月20日
【发明者】周连明, 周园园, 曹阳 申请人:南通万宝实业有限公司