Способ изготовления ленточных магнитопроводов Советский патент 1992 года по МПК H02K15/02 H01F41/02 

и отжиг с частичной кристаллизацией ленты, а именно ее поверхностных слоев. Более плотные по сравнению с аморфной матрицей кристаллические слои создают напряжения в ленте и, соответственно, положительные магнитострикционные силы с вектором намагниченности, перпендикулярным плоскости ленты.

Однако, известный способ имеет пониженную по сравнению с отрелаксированной без кристаллизации температурную устойчивость и, соответственно, термостабиль- нос-ть электромагнитных характеристик вследствие используемых для получения кристаллических слоев режимов термообработки - температуры и времени отжига; нереализуемость режимов обработки с пониженной хрупкостью. При этом повышенная хрупкость кристаллических слоев может отрицательно сказываться при использовании открытых конструктивных исполнений магнитопроводов, без герметичных оболочек, в охлаждающих средах.

Целью изобретения является улучшение качества магнитопроводов путем повышения термостабильности их электромагнитных характеристик.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, согласно которому магнитопровод навивают из ленты, выполненной из магнитомягкого сплава, и термо- обрабатывают их, на ленту наносят покрытие из электроизоляционного материала, обеспечивающее коэффициент прямо- угольности петли гистерезиса Br/Bs 0,4, а термообработку осуществляют до момента начала процесса кристаллизации материала ленты.

Момент начала кристаллизации определяют по диаграмме: температура нагрева - время выдержки - состояние сплава.

Диаграмма представляет собой кривую зависимости температуры начала кристаллизации от времени выдержки, которая разделяет области существования аморфной фазы (ниже кривой) и частично закристаллизованного сплава (выше кривой). Построение диаграммы для АММС может быть проведено по экспериментальным термограммам дифференциального термического анализа (ДТА) или дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), снятых при разных скоростях нагрева, по смещению температуры пика тепловыделения, соответствующего кристаллизации. Так как кристаллизация АММС является активацион- ным процессом, описываемым уравнением Аврами,

х 1-exp(-Atn), где х - кристаллизовавшаяся фракция;

А - постоянная величина (const); t- время;

п - порядок реакции,

эффективная энергия активации выражена формулой

Еа | (VH/TKp2) /Ткр,

где VH - скорость нагрева;

Ткр - температура кристаллизации; R - газовая постоянная. По экспериментально определенным Еа строится необходимая для выбора режима

термообработки (ТО) диаграмма: температура нагрева - время выдержки - состояние сплава.

В известном способе с частичной кристаллизацией энергия анизотропии в аморфной части ленты АММС, определяющая уровень удельных потерь, прямо пропорциональна толщине кристаллического слоя и может быть оценена по величине отношения Br/Bs при частоте f 0,1 Гц, пропорциональной отношению толщины кристаллического слоя к общей толщине ленты.

В предлагаемом способе также удобно принять для оценки энергии анизотропии и, соответственно, степени влияния наводимых электроизолирующим покрытием напряжений при ТО на релаксационный процесс структурного упорядочения, уровень электромагнитных характеристик, величину коэффициента прямоугольной петли

гистерезиса Br/Bs, определяемую отношением остаточной индукции к индукции технического насыщения.

Результаты экспериментов с различными типами и толщинами электроизолирующих покрытий на ленте АММС 7421 (Fe-Si-B-C) показали, что для обеспечения требуемой близости к уровню удельных потерь Руд/Ртмох 1,3 требуется обеспечение за счет наводимых покрытием

напряжений Br/Bs 0,4; Руд- получаемый уровень удельных потерь в результате реализации предлагаемого способа при ТО; РТМСМ.- уровень удельных потерь при TMq. Предлагаемый способ осуществляется

следующим образом.

Пример 1. Из ленты сплава 7421 толщиной 25 мкм, поведение которого при ТО и ТМО является типичным для группы сплавов металлоидов на основе Fe, Ni (ocновной группы АММС, перспективной для электротехнических применений), изготовлен кольцевой ленточный сердечник с внеш- ним диаметром 50 мм, внутренним диаметром 40 мм, высотой 10 мм, с односто- ррнним электроизолирующим покрытием

из окиси магния толщиной 10 мкм,нанесен- ным методом катафореза.

Далее провели термообработку по следующей циклограмме; нагрев до 390°С со скоростью 20 град/мин; выдержка 6 мин; охлаждение со скоростью 8 град/мин.

По квазистатическим петлям гистерезиса, снятым при частоте ,1 Гц, определен коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Br/Bs 0,18.

На испытательном стенде, включающем генератор ГЗ-33, усилитель мощности и электронный ваттметр, определены удельные потери в стали (Руд) при индукции Вт 1,0 Тл и разных частотах. При f 1 кГц (Руд) 1,0/1000 3,41 Вт/кГ; при f - 3 кГц (Руд) 1,0/3000 13,6 Вт/кГ.

Ожидаемые удельные потери при ТМО (PTMOJ. ) соответственно равны 3.2 и 14 Вт/кГ.

Пример 2. Из ленты сплава 7421 толщиной 25 мкм аналогично изготовлен магнитопровод внешним диаметром 230 мм, внутренним диаметром 150мм высотой 20 мм с односторонним катафорезным по-- крытием из окиси магния толщиной 3 мкм. Магнитопровод предназначен для магнитной системы высокочастотного трансформатора системы высоковольтного электропитания электрофизической установки.

Термообработка образца проведена по следующей циклограмме: нагрев до 400°С со скоростью 15 град/мин: охлаждение до 200°С со скоростью 20 град/мин- дальнейшее охлаждение со скоростью 5 гр ад/мин. Определены удельные потери в стали (Руд) при индукции ,0 Тл и разных частотах. кГц (Руд) 0,5/1000-1.58 Вт/кГ; при f 3 кГц (РУд) 0,5/3000 5.55 Вт/кГ. Тогда РУд/Ртмох 1,13; Br/Bs 0.3.

Таким образом, при ;олщине электроизолирующего покрытия 3 мкм (пример 2) достигается более высокий коэффициент заполнения, чем при толщине покрытия 10 мкм (пример 1).

Пример 3. Из ленты сплава 7421 толщиной 25 мкм зналопл.ыо пп.п,,|пущим примерам изготовлен магнитопровод внешним диаметром 110мм, внутренним-90 мм, высотой 20 мм с односторонним покрытием из окиси магния толщиной 2.5 мкм. Термообработка образца проведена по следующей циклограмме: нэгроп до 4ГЮ°С со скоростью 13,5 град/мин, выдержка 3 мин, охлаждение до 150°С со скпрпстыо 10 град/мин. Определены удельные потери в стали (Руд) при индукции В| -0.5 Т л при разных частотах. При f 1 кГц. Руд 1 0/1000 4,48 Вт/кГ; РУД/РОЖ тмо 1,4; при f 3 кГц

(РУд) 0,5/3000 6,76 Вт/кГ; Руд/Рожтмо 1,44; Вг/В8-0,45.

Анализируя результаты изложенных примеров, можно сделать вывод, что дальнейшее уменьшение толщины ( 3 мкм) электроизолирующего покрытия ведет к росту коэффициента прямоугольности петли гистерезиса Вг/Вь 0,4 и, соответственно, к увеличению отношения уровня удельных потерь при ТО и ТМО. Руд/Ртмо 1,3, что нарушает технологические допуски при взаимозаменяемости способов ТО и ТМО.

Следовательно, оптимальным является изготовление магнитопровода, приведенное в примере 2.

Таким образом, выполнение соотношения Br/Bs 0,4 и РУД/РТМО, 1,3 позволяет получить более высокий коэффициент заполнения, соблюсти технологические допусти по взаимозаменяемости способов ТО и ТМО и в целом улучшить технологию изготовления ленточных магнитопроводов из аморфных сплавов.

Изобретение позволяет в результате замены ТМО на ТО использовать стандартное оборудование термических цехов машиностроительных предприятий для оптимизации электромагнитных характеристик навитых магнитопроводов из АММС с экономией электроэнергии, трудозатрат, а для мя нитопроводов больших размеров является одним из немногих реальных способов обработки, применимых в условиях массо- вого производства.

Так как нанесение электроизолирующего покрытия на ленту АММС является в большинстве случаев необходимой операцией для получения магнитопроводов АММС с требуемыми характеристиками, целесообразно использование типов и толщин покрытий максимально упрощающих процесс дальнейшей обработки.

Формула изобретения Способ изготовления ленточных магни- топрт одов, согласно которому магнитопровод навивают из ленты, выполненной из аморфного магнитомягкого сплава, и термо- обоабатывают, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества магнито- прсводов путем повышения термостабильности их электромагнитных характеристик, на лент на носят покрытие из электроизоля- цитнмо. о материала, обеспечивающее коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Br/Bs 0,4, а термообработку осуществляют до момента начала процесса кр .стлллизации материала ленты.