金属玻璃磁芯的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种制备过程简单、能耗低、无污染的金属玻璃磁芯的制备方法，其可制得耐磨耐腐，磁导率高，矫顽力小，能耗低，形状复杂的磁芯。本制备方法是，根据组成金属玻璃的各元素重量百分比，称取各纯元素原料，放在熔炼炉的坩埚内，对坩埚抽真空后冲入氩气压力至500-700mbar，对混合料进行熔炼，完全熔化后再持续熔炼4-6分钟；然后冷却，使得熔化的混合料凝固成合金；把合金锭来回翻转；重复熔炼3-5次，得到成分均匀的合金锭，打磨掉表面氧化膜；把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中，对石英玻璃管抽真空至10-3Pa后充入适量氩气，熔化合金锭；利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中，一次成型得到磁芯。
【专利说明】金属玻璃磁芯的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及磁芯的制备方法，具体地说，是一种用于应力无损检测的传感器金属玻璃磁芯的制备方法。
【背景技术】
[0002]在铁磁性支护设备，用磁性的方法进行应力测试具有很大的优越性:价格便宜；设备小巧，携带方便，测试灵活；获取信息的速度快；且无需进行表面处理；既可以进行接触式测量，也可以进行非接触与在线测量。
[0003]然而，目前的传感器磁芯材料主要采用传统的磁性材料，如纯铁、铁硅合金、铁氧体、铁基非晶合金条带，磁导率和饱和磁化强度均偏低，使用它们制作的磁芯传感器，不仅需要的电流大，损耗高，而且信号也容易失真，在高瓦斯矿井中还可能诱发安全事故。此外，纯铁在制作过程中主要需要切削加工，加工流程复杂，高耗能，高污染；硅钢片也需要切削加工，并进行置片；铁氧体需要将粉末进行闻温压制粘接，制成的磁芯强度不闻；铁基非晶合金条带则需要很多条带叠加在一起，制作过程复杂。以上几种材料均难以制成形状复杂的传感器探头磁芯，不能应力磁性无损检测的要求，并且，制作出的传感器磁芯磁导率低，损耗大，噪音大。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种制备过程简单、能耗低、无污染的金属玻璃磁芯的制备方法，该方法能够制备出形状复杂的金属玻璃磁芯，其制备的金属玻璃磁芯耐磨耐腐，可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境，其磁导率高，矫顽力小，能耗低。
[0005]本发明的金属玻璃磁芯的制备方法，包括下述步骤:
[0006]a、根据组成金属玻璃的各元素的重量百分比，称取各纯元素原料；
[0007]b、把各元素的混合料放在熔炼炉的坩埚内，先对坩埚抽真空，再冲入氩气压力至500-700mbar ；
[0008]C、对坩埚内的混合料进行熔炼，完全熔化后再持续熔炼4-6分钟；然后冷却坩埚，使得熔化的混合料凝固成合金；把合金锭来回翻转；
[0009]d、再重复步骤c3_5次，得到成分均匀的合金锭，然后打磨掉表面的氧化膜；
[0010]e、把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中，对石英玻璃管抽真空至KT3Pa后充入适量氩气，熔化合金锭；利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中，一次成型得到磁芯。
[0011]上述的金属玻璃磁芯的制备方法，所述金属玻璃为Fe36Co36B2(lSi4Nb4、Fe76Si9B10P5,Fe75Mo5PltlC7.5B2.5、Fe74Mo6P13C7 或者 Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5。
[0012]上述的金属玻璃磁芯的制备方法，步骤a中，各纯元素纯度> 99%。
[0013]上述的金属玻璃磁芯的制备方法，步骤b中，对坩埚抽真空至5.10—5 Pa。
[0014]上述的金属玻璃磁芯的制备方法,在步骤d后步骤e之前,将合金锭表面杂质磨掉，然后置于酒精中用超声波清洗。
[0015]上述的金属玻璃磁芯的制备方法，铜模内具有开口向下的U形槽及与U形槽的上部中间相通的、上下延伸的浇注通道；铜模由对称的左模和右模贴合而成，贴合面上均开有支槽以及支浇注通道；u形槽由各支槽组成，浇注通道由各支浇注通道组成。
[0016]上述的金属玻璃磁芯的制备方法，铜模内具有上下延伸的浇注通道和两个开口向下的U形槽，浇注通道与两个U形槽的上部中间相通，两个U形槽所在的平面相垂直；铜模由以浇注通道轴线为对称轴成中心对称的四部分组成，在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合，贴合面上开有支浇注通道和支槽；u形槽由各支槽组成，浇注通道由各支浇注通道组成。支槽的深度是U形槽深度的一半。
[0017]本发明的有益效果:
[0018]本发明制备磁芯可以一次快速成型，工艺流程简单，能够制备出形状复杂，性能优异的金属玻璃传感器磁芯。铁磁性块体金属玻璃是性能优异的软磁材料，具有高强度和高耐磨、高耐腐蚀性能，可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境。其软磁性能优于常见的纯铁、铁氧体等材料，具有磁导率闻、矫顽力小等特点，可以有效减小励磁电流、节约能源，提闻效率与精度。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是石英玻璃管与铜模等的相对位置示意图。
[0020]图2是制备U形磁芯的左模示意图；
[0021]图3是制备U形磁芯的右模示意图；
[0022]图4是制备四级磁芯的铜模示意图；
[0023]图5是制备四级磁芯的铜模的一部分示意图。
[0024]图6是制备出的四级磁芯示意图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0026]选择合金Fe36Co36B20Si4Nb4, Fe76Si9B10P5, Fe75Mo5P10C7 5B2 5，Fe74Mo6P13C7, Co63Fe4B22 4Si,6Nb5等铁磁性金属玻璃软磁材料。根据合金成分的原子百分比，先将合金的原子百分比转换成重量百分比，按比例称量好纯度为99%以上的纯元素原料，备用。将纯元素原料按上述配比成混和料放在电弧熔炼炉的水冷铜坩埚内，首先对坩埚抽真空至5.10—5 Pa，然后充入氩气至气压为600mbar，对混合料进行熔炼。完全熔化后再持续熔炼5分钟。等合金随铜坩埚冷却至凝固后，迅速将其翻转，反复熔炼3 - 5次，每次合金凝固后均翻转，最后得到成分均匀的合金锭。将获得的合金锭用砂轮磨掉表面杂质，然后置于酒精中用超声波清洗，最后破碎成小块。
[0027]首先将小块合金装入下端有开口 11的石英玻璃管I中，然后置于铸造设备的感应线圈2中，如图1所示。对石英玻璃管抽真空至KT3Pa后充入适量氩气，对小块合金高频熔化。然后利用压力差(石英玻璃管内的压力高于石英玻璃管外、铜模所处空间的压力)将熔融的合金液5喷入铜模3中，一次成型即可得到U形磁芯或四级磁芯。
[0028]参见图2、3，为制备U形磁芯使用的铜模3，铜模由对称的左模31和右模32贴合而成，贴合面上均开有支槽33以及支浇注通道34。左模31和右模32贴合后，两个支槽33合并形成铜模内的开口向下的U形槽，两个支浇注通道34合并形成铜模内的上下延伸的浇注通道。U形槽的上部中间与浇注通道的下端相通。通过该铜模可以制备出U形磁芯。
[0029]参见图4、5，为制备四极传感器磁芯使用的铜模3，由以浇注通道35轴线为对称轴成中心对称的四部分36-39组成，在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合，贴合面上开有支浇注通道40和支槽41。四部分36-39贴合后形成的铜模内具有上下延伸的浇注通道35和两个开口向下的U形槽42，U形槽42由各支槽41组成，浇注通道35由各支浇注通道组成。浇注通道35与两个U形槽42的上部中间相通，两个U形槽所在的平面相垂直。支槽的深度是U形槽深度的一半。通过该铜模可以制备出四极磁芯，参见图6。
[0030]本发明的传感器磁芯制备过程中无需进行复杂的切削加工，直接用铜模铸造一次成型，流程简单，低耗能，低污染。制备出的用于内部应力无损检测的传感器探头强度高(压缩强度> 4000Mpa)、耐磨耐腐蚀能，可以适用于腐蚀性比较强的恶劣环境；具有磁导率高(有效磁导率> 20000)、矫顽力小(矫顽力< 5A/m)等特点,不仅可以有效减小励磁电流、节约能源，而且可以提高测量的灵敏度和准确率，获取信息的速度快，效率高；且无需进行表面处理；既可以进行接触式测量，也可以进行非接触与在线测量。
【权利要求】
1.金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:它包括下述步骤: a、根据组成金属玻璃的各元素的重量百分比，称取各纯元素原料； b、把各元素的混合料放在熔炼炉的坩埚内，先对坩埚抽真空，再冲入氩气压力至500-700mbar ； C、对坩埚内的混合料进行熔炼，完全熔化后再持续熔炼4-6分钟；然后冷却坩埚，使得熔化的混合料凝固成合金；把合金锭来回翻转； d、再重复步骤c3-5次，得到成分均匀的合金锭，然后打磨掉表面的氧化膜； e、把合金锭装入下端开口的石英玻璃管中，置于铸造设备的感应线圈中，对石英玻璃管抽真空至KT3Pa后充入适量氩气，熔化合金锭；利用压力差将熔融的合金液喷入铜模中，一次成型得到磁芯。
2.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:所述金属玻璃为Fe36Co36B20SI4Nb4-, Fe76Si9B10P5-, Fe75Mo5P10C7 5B2 5> Fe74Mo6P13C7 或者 Co63Fe4B22.4Si5.6Nb5。
3.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:步骤a中，各纯元素纯度≥ 99%ο
4.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:步骤b中，对坩埚抽真空至5.10—5 Pa。
5.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:在步骤d后步骤e之前，将合金锭表面杂质磨掉，然后置于酒精中用超声波清洗。
6.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:铜模内具有开口向下的U形槽及与U形槽的上部中间相通的、上下延伸的浇注通道；铜模由对称的左模和右模贴合而成，贴合面上均开有支槽以及支浇注通道；u形槽由各支槽组成，浇注通道由各支浇注通道组成。
7.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:铜模内具有上下延伸的浇注通道和两个开口向下的U形槽，浇注通道与两个U形槽的上部中间相通，两个U形槽所在的平面相垂直；铜模由以浇注通道轴线为对称轴成中心对称的四部分组成，在以浇注通道轴线为中心的周向方向上相邻的两部分之间相互贴合，贴合面上开有支浇注通道和支槽；u形槽由各支槽组成，浇注通道由各支浇注通道组成。
8.如权利要求1所述的金属玻璃磁芯的制备方法，其特征是:支槽的深度是U形槽深度的一半。
【文档编号】H01F1/153GK103632836SQ201310646292
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年12月4日 优先权日:2013年12月4日
【发明者】刘海顺, 杨卫明, 候龙, 窦林名 申请人:中国矿业大学