ЛЕНТОЧНЫЙ СЕРДЕЧНИК ИЗ МАГНИТНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА Российский патент 1995 года по МПК H01F3/04 C22C38/16 

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам на основе железа, предназначенным для изготовления ленточных сердечников, которые в свою очередь используют в трансформаторах тока, силовых трансформаторах источников вторичного питания и высокочастотных трансформаторах различного назначения.

Известны ленточные сердечники из электротехнической стали и сплавов типа 45НП с начальной магнитной проницаемостью μ_o до 4000 [1]
В ленточном магнитном сердечнике из аморфных магнитных сплавов на основе железа [2] начальная магнитная проницаемость достигает 10000.

В качестве прототипа выбран ленточный сердечник [3] изготовленный из магнитного сплава на основе железа с высокой магнитной проницаемостью. Состав сплава выражается формулой (Fe_1-aM_а)_100-x-4-z-bRbCu_xSi₄B_z, где М Со и/или Ni: R по крайней мере один компонент из группы Nb, W, Ta, Zr, Hf, Ti, Мo. Численные значения индексов находятся в интервалах а=0-0,5; b=0,1-30; x= 0,1-3; y= 0-30; z= 0-30; (Y+Z)=5-30. Сердечники из этого сплава имеют наилучшие магнитные свойства после отжига в вакууме или восстановительной атмосфере. Поэтому для отжига сердечников необходимо специальное оборудование. Технические трудности возникают также при термомагнитной обработке сердечников. С другой стороны наиболее простым и дешевым способом является отжиг на воздухе.

Поэтому целью данного изобретения является ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа, в котором высокая магнитная проницаемость достигается после отжига на воздухе.

Сердечники выдерживали при температуре отжига в течение 10 мин. Скорость нагрева и охлаждения составляла 20^оС/мин. В результате отжига формировалась нанокристаллическая структура магнитного сплава со средним размером зерна 20-50 нм. Сердечник из магнитного сплава, содержащего ниобий, после отжига на воздухе имеет начальную магнитную проницаемость не более 50000. Низкая величина магнитной проницаемости связана с внутренним окислением магнитного сплава. Оксидные подповерхностные включения, обладая низким коэффициентом термического расширения, создают в материале сжимающие напряжения и ухудшают магнитные свойства сердечника.

Полная замена ниобия молибденом позволяет повысить магнитную проницаемость до 100000 за счет образования на поверхности ленты пленки оксида молибдена, которая препятствует внутреннему окислению при отжиге на воздухе. Оксидная пленка формируется как в процессе быстрой закалки расплава, так и при последующем отжиге сердечников. Толщина пленки составляет 5-10 нм. Высокая магнитная проницаемость сердечников из сплава с х=1 получается в узком интервале температуры отжига, поскольку молибден менее эффективен для сдерживания роста зерен, чем ниобий. Температурный интервал расширяется за счет частичной замены молибдена ниобием. Оптимальным по уровню магнитных свойств и стабильности их получения является отношение молибдена к сумме молибдена и ниобия, равное х=0,5.

Таким образом, предлагается ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа, содержащего медь, молибден, ниобий, кремний, бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат. медь 0,5-2,0; молибден 0,5-5,0; ниобий 0,001-4,5; кремний 5-18; бор 4-12; железо остальное, причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2-5 ат.

Для получения наиболее высокой магнитной проницаемости предпочтительно, чтобы содержание кремния находилось в интервале 12-15 ат. бора 8-10 ат. а сумма ниобия и молибдена 3-4 ат.

Для получения сердечников с низкой чувствительностью к механическим воздействиям предпочтительно, чтобы содержание кремния находилось в интервале 14-17 ат. а бора 6-8 ат.

Для получения сердечников с высокой индукцией насыщения предпочтительно, чтобы содержание кремния находилось в интервале 7-11 ат. а бора 9-11 ат.

П р и м е р ы. Сердечники из магнитного сплава диаметром 32х20 мм и высотой 10 мм отжигали на воздухе при 540^оС, 1 ч. Результаты испытания сердечников из сплава Fe_73,5-6Cu₁(Mo_xNb_1-x)₆Si_13,5B₉ представлены в табл.1. В ней же приведены данные отжига тех же образцов в вакууме (р<0,1 Н/м²).

Из табл. 1 следует, что введение молибдена в магнитный сплав позволяет получить высокую магнитную проницаемость после отжига на воздухе. С другой стороны, избыточное содержание молибдена приводит к резкому ухудшению магнитных свойств после отжига в вакууме. Оптимальным для отжига на воздухе является отношение содержания молибдена в сумме молибден и ниобий 0,5.

В табл.2 приведены результаты испытания сердечников из сплава Fe_96-4-zCu₁Mo_1,5Nb_1,5Si₄B_z.

Из табл. 2 следует, что для получения сеpдечников с высокой индукцией насыщения необходимо снижать содержание кремния и бора в сплаве. Причем с увеличением индукции В₈₀₀ снижается начальная магнитная проницаемость и увеличивается коэрцитивная сила.

В табл.3 приведены результаты испытания сердечников сплава Fe_96-4-zCu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_yB_z после отжига и после пропитки водным раствором натриевого жидкого стекла и сушки при 100^оС в течение 2 ч. Сушка неорганического клея создает сжимающие напряжения в сердечнике, которые снижают магнитную проницаемость. Из табл. 3 следует, что с увеличением отношения кремния к бору чувствительность магнитной проницаемости сердечников к сжимающим напряжениям снижается. При этом снижение чувствительности магнитных свойств сердечника к сжимающим напряжениям при одновременном сохранении высокого уровня этих свойств достигается при содержании кремния в интервале 14-17 ат. а бора 6-8 ат.

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам на основе железа, предназначенным для изготовления ленточных сердечников, которые в свою очередь используют в трансформаторах тока, силовых трансформаторах источников вторичного питания и высокочастотных трансформаторах различного назначения. По данному изобретению ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа содержит Cu, Mo, Nb, Si, B при следующем соотношении компонентов, ат. %: медь 0,5 - 2,0; молибден 0,5 - 5,0; ниобий 0,001 - 4,5; кремний 5 - 18, бор 4 - 12; железо остальное, причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2 - 5 ат.%. Предусмотрены варианты сердечников с высокой индукцией насыщения и низкой чувствительностью к внешним механическим напряжениям, содержащих в структуре не менее чем на 50% кристаллы размером менее 100 нм, а также покрытых пленкой из оксида молибдена толщиной не менее 5 нм. 8 з.п. ф-лы, 3 табл.

1. ЛЕНТОЧНЫЙ СЕРДЕЧНИК ИЗ МАГНИТНОГО СПЛАВА НА ОСНОВЕ ЖЕЛЕЗА, содержащего медь, молибден, ниобий, кремний, бор, отличающийся тем, что сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Медь 0,5 2,0
Молибден 0,5 5,0
Ниобий 0,001 4,5
Кремний 5 18
Бор 4 12
Железо Остальное
причем сумма компонентов молибден и ниобий составляет 2 5 ат.