ЖЕСТКИЙ ЛЕНТОЧНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ Российский патент 1995 года по МПК C22C38/16 H01F3/04 

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

Известен жесткий ленточный сердечник из аморфного магнитного сплава на основе железа с пропиткой эпоксидным клеем, который имеет магнитную проницаемость порядка 10³. Сердечник изготовлен из ленты аморфного сплава с положительной константой магнитострикции 30 ˙ 10^-6. Поэтому после пропитки и сушки сердечника сжимающие напряжения вызывают снижение магнитной проницаемости.

В качестве прототипа выбран жесткий ленточный сердечник из аморфного сплава на основе железа, имеющего формулу (Fe_1-aM_a)_100-x-4Si_xB_y, где М хотя бы один компонент из группы переходных металлов и РЗМ, причем а=0-0,1; х ≅ 19; у= 5-25; (х+у)=15-30. Сердечник пропитан лаком на основе денатурированного алкилсиликата и имеет высокую магнитную проницаемость.

Целью изобретения является повышение магнитной проницаемости жесткого ленточного сердечника из магнитного сплава на основе железа. Предлагается жесткий ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа с высокой магнитной проницаемостью, в котором сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат. медь 0,5-2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий, в количестве 2-5; кремний 5-18; бор 4-12; железо остальное, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший клей.

Для получения наиболее высокой магнитной проницаемости необходимо, чтобы структура сплава не менее чем на 50% состояла из кристаллов размером менее 100 нм. Предпочтительно также, чтобы содержание кремния составляло 12-15 ат. а содержание бора составляло 8-10 ат.

Наиболее высокая магнитная проницаемость после отжига на воздухе получается в сердечнике, изготовленном из магнитного сплава, содержащего компоненты, формирующие на поверхности ленты пленку из оксидов молибдена, хрома или вольфрама. Такая оксидная пленка толщиной не менее 5 нм предотвращает внутреннее окисление сплава, что позволяет достигнуть высокого уровня магнитной проницаемости. Предпочтительно, чтобы сплав содержал одновременно молибден и ниобий, причем содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляло 0,1-1,0, а еще лучше 0,5.

Использование неорганического клея, в частности клея на основе силиката натрия, выдерживающего повышенную температуру отжига, позволяет проводить пропитку сердечника до отжига, формирующего оптимальную структуру сплава. Отжиг после пропитки частично снимает внутренние напряжения в сердечнике, что позволяет достигнуть высокой магнитной проницаемости. Кроме того, после высокотемпературного отжига сердечник обладает повышенной термостабильностью.

Сердечник, изготовленный из сплава, содержащего кремний в количестве 14-17 ат. и бор в количестве 6-8 ат. имеет слабую чувствительность к сжимающим напряжениям благодаря низкой константе магнитострикции (менее 2 ˙10^-6). Поэтому пропитку такого сердечника можно проводить после окончательного отжига и использовать для этой цели органические клеи. Для изготовления сердечника с повышенной индукцией насыщения необходимо, чтобы сплав содержал 7-11 ат. кремния и 9-11 ат. бора.

П р и м е р ы. Сердечники размером 32х20х10 мм навивали из ленты толщиной 25 ± 3 мкм и пропитывали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³. Сушку проводили при 90^оС в течение 1 ч. В табл.1 приведены результаты испытания сердечников, изготовленных из сплавов Fe_72,5Cu₁Nb₂M₂Si_13,5B₉, где М Nb, Ta, W, Mo, Cr, V. Отжиг проводили по оптимальному для каждого сплава режиму. Из табл.1 следует, что наиболее высокая магнитная проницаемость получается в сердечниках, изготовленных из сплава, в котором присутствуют молибден, хром, вольфрам.

В табл.2 представлены результаты испытания сердечников, изготовленных из сплава Fe_75,5-bCu₁(Mo_xNb_1-x)_bSi_13,5B₉ и пропитанных клеем на основе силиката натрия. Из нее следует, что оптимальным является отношение молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий 0,5.

В табл.3 приведено сравнение магнитных свойств сердечников из сплава Fe_73,5Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉ и сплава Fe₇₈Ni₁Si₉B₁₂, использованного для изготовления сердечника-прототипа. Сердечники пропитывали водным раствором силиката натрия, а отжиг проводили по оптимальному для каждого сердечника режиму.

В табл. 4 приведены результаты испытания сердечников из сплава Fe_96-y-zCu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_yB_z после пропитки клеем на основе силиката натрия и отжига по оптимальному режиму. Из нее следует, что для получения сердечников с повышенной индукцией насыщения необходимо снижать содержание кремния и бора в сплаве.

В табл. 5 приведены результаты испытания сердечников из сплава Fe_76-y-zCu₁Mo_0,5Nb_1,5Si_yB_z после отжига по оптимальному режиму и после пропитки этих сердечников органическим клеем на основе эпоксидной смолы и полиэтиленполиамида в соотношении 9:1 и сушки при 90^оС. Из табл.5 следует, что с увеличением отношения кремния к бору чувствительность магнитной проницаемости к сжимающим напряжениям снижается. При этом наилучшие магнитные свойства достигаются при содержании кремния в интервале 14-17 ат. бора 6-8 ат.

Использование: для изготовления ленточных сердечников, которые используют в силовых трансформаторах источников вторичного питания и высокочастотных трансформаторах различного назначения. Сущность изобретения: жесткий ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа с высокой магнитной проницаемостью выполнен из сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. медь 0,5 2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий, в количестве 2-5; кремний 5-18; бор 4-12, железо остальное, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший клей. 11 з.п. ф-лы, 5 табл.

1. ЖЕСТКИЙ ЛЕНТОЧНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ, выполненный из магнитного сплава, содержащего медь, кремний, бор, один или более компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром и ванадий, и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Медь 0,5 2,0
Кремний 5 18
Бор 4 12
Один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий 2 5
Железо Остальное
а в межвитковом пространстве сердечника расположен отвердевший клей.