АМОРФНЫЙ СПЛАВ Российский патент 1995 года по МПК C22C45/00 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в электротехнике и радиоэлектронике при производстве магнитных элементов, в частности линейных трансформаторов-накопителей, дросселей.

Известен сердечник из магнитно-мягкого сплава с зазором. Сердечник имеет постоянную проницаемость в больших полях и регулируемые магнитные свойства (пат. США N 4265684, кл. H 01 F 17/06).

Наличие зазора является большим недостатком такого сердечника, так как технология изготовления реза включает в себя дополнительные дорогостоящие операции резку в оправке, склейку, заполнение зазора прокладкой из немагнитного материала, сушку.

Внесение зазора в конструкцию сердечника ухудшает его динамические характеристики, ведет к увеличению потерь вследствие замыкания витков между собой в месте реза, резко снижает проницаемость и делает невозможным получение линейной В(Н) зависимости в области средних полей 1800 4000 А/м, так как даже малый зазор создает значительный размагничивающий фактор.

При изготовлении таких сердечников имеется большой брак по воспроизводимости эксплуатационных характеристик.

Известен аморфный сплав Fe₈₁Si_13,5B_3,5C₂ и Fe₈₁B₁₄Si₅ для накопителей магнитной энергии (пат. США N 4889568, кл. C 21 D 1/04, 1989). Эти сердечники для получения комплекса эксплуатационных свойств подвергают термообработке для обеспечения объемной кристаллизации. Однако целью обработки является получение высокой магнитной энергии и снижение потерь. Получить на базе известного сплава сердечник с высокой линейностью зависимости В(Н) в области средних и больших полей не представляется возможным.

Наиболее близким к предлагаемому является аморфный сплав Fe_77,5B₁₃Si_9,5, который с целью получения высокой энергии при использовании в накопителях подвергают поверхностной кристаллизации (IEEE Transactions, of Magnetics, vol. MAG-200, NO 5, September 1984, pp. 1415 1416).

Сердечник, изготовленный из известного сплава, имеет следующие эксплуатационные характеристики: запасенная энергия 650 Дж/м², магнитная проницаемость 1200 в интервале полей 0 1000 А/м.

Такие эксплуатационные свойства являются недостаточными для использования известного сплава в производстве линейных трансформаторов-накопителей.

Целью изобретения является обеспечение постоянства магнитной проницаемости в широком интервале полей и увеличение накопленной энергии.

Цель достигается тем, что известный сплав дополнительно содержит никель, фосфор, углерод и алюминий при следующем соотношении компонентов, мас. Железо 76 82 Никель 0 5 Бор 10 14 Кремний 6 10 Фосфор 0 2 Углерод 0 2 Алюминий 0 5, при этом должно выполняться условие, что Σ B, Si, P, C, Al 18 22.

Полученный сплав подвергают термической обработке для протекания поверхностной кристаллизации выдерживают при температуре на 120 50^оС ниже температуры объемной кристаллизации в течение 1 8 ч при давлении воздуха 1,0 10^-1 атм.

При содержании железа ниже 76 мас. и выше 82 мас. невозможно получить аморфный материал методом спинингования.

Содержание никеля больше 5 мас. приводит к сильному снижению магнитострикции насыщения, вследствие чего кристаллизованные соли не влияют на магнитные свойства материала.

При суммарном содержании металлоидов меньше 18 мас. или выше 22 мас. невозможно получить аморфный материал.

Проведение поверхностной кристаллизации при температуре меньшей, чем Т_{об.крист.} 120^оС, не обеспечивает требуемое количество кристаллической фазы на поверхности материала.

Проведение поверхностной кристаллизации при температуре выше, чем Т_{об.крист.}= 50^оС, приведет к быстрой объемной кристаллизации.

Время выдержки, меньшее чем 1 ч, не позволяет получить требуемое количество кристаллической фазы.

Время выдержки, большее чем 8 ч, приводит к прорастанию поверхностных кристаллов в объем материала.

Интервал давлений воздуха при термообработке 1,0 10^-1 атм обусловлен требуемым количеством кристаллизованной фазы и позволяет регулировать ее количество.

П р и м е р. Методом спинингования изготавливают аморфную ленту из сплава состава, мас. Железо 76 82 Никель 0 5 Бор 10 14 Кремний 6 10 Фосфор 0 2 Углерод 0 2 Алюминий 0 5
Из ленты изготавливают сердечники линейных трансформаторов-накопителей и подвергают их поверхностной кристаллизации по режиму: нагрев в воздушной среде, находящейся под давлением 1,0 10^-1 атм, до температуры на 120 50^оС ниже температуры объемной кристаллизации сплава и выдержка в этих условиях в течение 1 8 ч.

По окончании термической обработки измеряют эксплуатационные характеристики сердечников.

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как следует из приведенных сравнительных данных, предложенный сплав имеет постоянную магнитную проницаемость в большем интервале магнитных полей и позволяет накопить большую энергию, чем известный.

Все это делает возможным с успехом использовать сплав в производстве сердечников линейных трансформаторов-накопителей.

Аморфный сплав для изготовления сердечников линейных трансформаторов-накопителей содержит, мас. железо 76 82; никель 0 5; бор 10 14; кремний 6 16; фосфор 0 2; углерод 0 2; алюминий 0 2, при условии, что суммарное содержание бора, кремния, фосфора, углерода и алюминия находится в интервале 18 22 мас. а поверхностную кристаллизацию ведут при температуре на 120 50°С ниже температуры объемной кристаллизации в течение 1 8 ч при давлении воздуха 1,0-10^-1 1 табл.

АМОРФНЫЙ СПЛАВ для изготовления сердечников линейных трансформаторов-накопителей, содержащий железо, бор и кремний, обработанный путем поверхностной кристаллизации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит никель, фосфор, углерод и алюминий при следующем соотношении компонентов, ат.

Железо 76 82
Никель 0 5
Бор 10 14
Кремний 6 10
Фосфор 0 2
Углерод 0 2
Алюминий 0 2
при условии, что суммарное содержание бора, кремния, фосфора, углерода и алюминия находится в интервале 18 22 ат. а поверхностную кристаллизацию ведут при температуре, на 120±50^oС ниже температуры объемной кристаллизации, в течении 1 8 ч при давлении воздуха 1,0 10^-1 атм.