МАГНИТОПРОВОД Российский патент 2002 года по МПК G11B5/133 H01F1/20 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитопроводам трансформаторов, реакторов и других магнитных компонентов электрических цепей.

При изготовлении магнитопроводов магнитные материалы могут применяться в виде ленты, порошка и т. п. Объектом данного изобретения является магнитопровод, изготовленный из порошка магнитомягкого сплава. Известны магнитопроводы, выполненные из порошкового железа или пермаллоя [1] . В качестве прототипа можно взять магнитопровод, выполненный из порошкового материала, имеющего по крайней мере 50% структуры со средним диаметром кристаллитов 50 нм или менее и имеющего формулу , где М-Со и/или Ni, М' - по крайней мере один элемент из группы Nb, W, Та, Zr, Hf, Ti, Mo, M" - по крайней мере один элемент из группы V, Сr, Мn, Аl, элементы платиновой группы, Sc, Y, редкоземельные элементы, Аu, Zn, Sn, Re, X - по крайней мере один элемент из группы С, Ge, P, Ga, Sb, In, Be, As, причем содержание этих элементов находится в следующих пределах: 0≤а≤0,5; 0,1≤х≤3; 0≤у≤30; 0≤z≤25; 0≤y+z≤35; 0,1≤α≤30; 0≤β≤10; 0≤γ≤10. Существенно, что термическую обработку данного магнитного материала проводят в вакууме или защитной атмосфере. Это требует применения специального оборудования. С другой стороны, более простым способом является термическая обработка на воздухе.

Настоящее изобретение направлено на получение магнитопровода из порошкового магнитомягкого материала с высокими магнитными свойствами, термическую обработку которого проводят на воздухе. Технический результат состоит в улучшении магнитных свойств такого магнитопровода. Для этого необходимо выбрать химический состав сплава таким образом, чтобы при термической обработке на воздухе сохранялись высокие магнитные свойства.

Для изготовления порошкового магнитопровода необходимо провести следующие операции. На первой стадии получают ленту толщиной 15-25 мкм с аморфной структурой, используя способ разливки расплава на быстровращающийся барабан-холодильник. Далее проводят термическую обработку полученной аморфной ленты. Исследования показали, что при отжиге на воздухе сплава Fe_72,5Ni₁Cu₁(Mo_xNb_1-x)₃Si_13,5B₉ образуется нанокристаллическая структура с размером кристаллитов менее 50 нм. Магнитная проницаемость магнитопроводов, приготовленных в виде ленточных тороидов, в зависимости от температуры отжига с выдержкой при этой температуре 1 час приведена в таблице. Из нее следует, что сплав, содержащий Nb (x= 0), после отжига на воздухе имеет относительную 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 сплава.

Полная замена ниобия молибденом (x= 1) позволяет повысить магнитную проницаемость до 100000 за счет образования на поверхности ленты пленки оксида молибдена, которая препятствует внутреннему окислению при отжиге в окислительной среде. Высокая магнитная проницаемость сплава с х= 1 получается в узком интервале температуры отжига, поскольку молибден менее эффективен для сдерживания роста кристаллитов, чем ниобий. Температурный интервал расширяется за счет частичной замены молибдена ниобием. Так, интервал температуры отжига, при котором магнитная проницаемость превышала величину 80000, составлял 20, 30, 50, 60 и 0^oС при последовательном замещении молибдена ниобием. Из таблицы следует, что оптимальным по уровню магнитных свойств и стабильности получения является сплав с отношением молибдена к сумме молибдена и ниобия х= 0,5.

В сплаве Fe_72,5Ni₁Cu₁(Mo_xNb_1-x)₃Si_13,5B₉ молибден используется для формирования на поверхности ленты оксидной пленки, препятствующей внутреннему окислению. Эту же роль могут выполнять Сr и W, которые могут либо заменять Мо, либо входить в состав сплава совместно с ним. Ниобий контролирует формирование нанокристаллической структуры с размером зерна менее 50 нм. Эту же роль могут выполнять Та и V, которые могут либо заменять Nb, либо входить в состав сплава совместно с ним.

На второй стадии после отжига проводят помол ленты, в результате которого получают порошок магнитомягкого сплава. Выбор фракции порошка зависит от свойств, которые необходимо получить магнитопроводу. Наполнитель изолирует пластинки магнитного сплава. Вследствие незамкнутой формы частиц сплава магнитная проницаемость магнитопровода на несколько порядков ниже, чем у ленты, приготовленной в виде тороидального замкнутого магнитопровода. В качестве наполнителя можно использовать органические или неорганические клеи или другие материалы, обладающие связывающими свойствами.

На третьей стадии изготавливают магнитопровод требуемой формы и размера из смеси магнитомягкого порошка и наполнителя. При этом можно использовать различные способы: заливку массы, прессовку, выдавливание и т. д. Магнитопроводы могут быть кольцевыми (фиг. 1а), П-образными (фиг. 1б) или иметь другие замкнутые и незамкнутые формы. Магнитная проницаемость порошкового магнитопровода будет тем выше, чем больше объемная доля магнитного материала в магнитопроводе (фиг. 2).

При получении порошка из ленты отдельные частицы сплава могут иметь форму пластинок с толщиной, равной толщине ленты 15-25 мкм. Для увеличения магнитной проницаемости магнитопровода, изготовленного из пластинок магнитомягкого сплава, плоскости пластинок следует ориентировать вдоль магнитной силовой линии магнитопровода. Такая ориентация позволяет увеличить средний размер частиц вдоль магнитной силовой линии. На фиг. 3. представлена зависимость магнитной проницаемости от размера пластинок в магнитопроводе. Из него следует, что магнитная проницаемость возрастет при ориетации пластинок вдоль магнитной силовой линии магнитопровода.

Таким образом, для достижения технического результата данного изобретения предлагается изготавливать порошок для магнитопровода из сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. %: никель 0,1-2,0; медь 0,5-2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей молибден, хром, вольфрам 0,5-5,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, ванадий 0,1-4,5; кремний 5,0-18,0; бор 4,0-12,0; железо - остальное.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

Фиг. 1. Магнитопроводы из порошковых материалов.

Фиг. 2. Зависимость магнитной проницаемости от объемной доли магнитного материала в магнитопроводе.

Фиг. 3. Зависимость магнитной проницаемости от размера пластинок в магнитопроводе.

Пример 1. Для изготовления кольцевых магнитопроводов использовали магнитомягкий сплав Fe_72,5Ni₁Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉. Ленту толщиной 25 мкм получали разливкой расплава на быстровращающийся барабан-холодильник. Затем проводили отжиг ленты при температуре, соответствующей получению наиболее высоких магнитных свойств. После отжига проводили помол ленты и отсевали порошок с фракцией 0,14-0,20 мм. В качестве наполнителя использовали компаунд на основе эпоксидной смолы ЭД-20. Различную объемную долю магнитного материала получали прессованием магнитопроводов с различным давлением. Результаты представлены на фиг. 2. Из нее следует, что магнитная проницаемость увеличивается с ростом доли магнитного материала в магнитопроводе.

Пример 2. Для изготовления кольцевых магнитопроводов использовали магнитомягкий сплав Fe_72,5Ni₁Cu₁Mo_1,5Nb_0,5Ta_1,0Si_13,5B₉. Различные фракции получали отсевом на сите. Кольцевые магнитопроводы имели объемную долю магнитного материала 40-50%. В качестве наполнителя использовали клей на основе силиката натрия. Ориентацию пластинок проводили в магнитном поле. Результаты представлены на фиг. 3. Из нее следует, что магнитная проницаемость увеличивается при ориентации пластинок вдоль магнитной силовой линии магнитопровода.

Источники информации
1. Справочник по электротехническим материалам, т. 3. Под редакцией Ю. В. Корицкого, Л. , "Энергия", 1976.

2. ЕПВ 0302355, 1993, H 01 F 1/20, H 01 F 1/22, H 01 F 1/24.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к магнитопроводам трансформаторов, реакторов и других магнитных компонентов электрических цепей. Магнитопровод, выполненный из порошка магнитомягкого сплава со структурой, не менее чем на 50 % состоящей из кристаллитов размером менее 50 нм, содержащего никель, медь, молибден, и/или хром, и/или вольфрам, ниобий, и/или тантал, и/или ванадий, кремний, бор, железо, и из наполнителя, согласно изобретению изготовлен из порошка сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. %: никель 0,1-2,0; медь 0,5-2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей молибден, хром, вольфрам 0,5-5,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, ванадий 0,1-4,5; кремний 5,0-18,0; бор 4,0-12,0; железо остальное. При этом порошок имеет форму пластинок, плоскости которых ориентированы вдоль магнитной силовой линии магнитопровода. Изобретение позволяет улучшить магнитные свойства и проводить термическую обработку на воздухе с сохранением высоких магнитных свойств. 1 з. п. ф-лы, 1 табл. , 3 ил.

1. Магнитопровод, выполненный из порошка магнитомягкого сплава со структурой не менее чем на 50% состоящей из кристаллитов размером менее 50 нм, содержащего никель, медь, молибден, и/или хром, и/или вольфрам, ниобий, и/или тантал, и/или ванадий, кремний, бор, железо, и из наполнителя, отличающийся тем, что порошок изготовлен из сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. %:
Никель - 0,1-2,0
Медь - 0,5-2,0
Один или несколько компонентов из группы, содержащей молибден, хром, вольфрам - 0,5-5,0
Один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, ванадий - 0,1-4,5
Кремний - 5,0-18,0
Бор - 4,0-12,0
Железо - Остальное
2. Магнитопровод по п. 1, отличающийся тем, что порошок имеет форму пластинок, плоскости которых ориентированы вдоль магнитной силовой линии магнитопровода.