一種低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方法，其特征在于：取鐵基納米晶帶材繞制成占空系數(shù)≥75%的鐵芯，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)上述鐵芯進(jìn)行第一次熱處理，第一次熱處理采用三段保溫法，將經(jīng)第一次熱處理后的鐵芯在20kHz、0.5T的條件下進(jìn)行鐵芯損耗測(cè)試，損耗≤22W/kg的為一類鐵芯，損耗＞22W/kg的為二類鐵芯，對(duì)上述兩類鐵芯分別進(jìn)行第二次熱處理。經(jīng)過第二次熱處理后的鐵芯即為低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯。這是一種使用批量生產(chǎn)相對(duì)較厚的普通鐵基納米晶帶材也能夠制備出滿足用戶要求的中高頻變壓器磁芯,而且合格率比現(xiàn)有方法有較大的提高的熱處理方法。
【專利說明】一種低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種熱處理方法，特別是一種低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的 熱處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的中高頻變壓器鐵芯一般是由硅鋼片或鐵氧體制作的，一般在l_8kHz的中 頻范圍，多用硅鋼片鐵芯，可以發(fā)揮其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度很高、磁導(dǎo)率比較高、居里溫度高、良 好的溫度穩(wěn)定性和對(duì)應(yīng)力不敏感的特性。在8_50kHz的高頻率范圍，則多用鐵氧體磁芯，可 以發(fā)揮其高頻損耗低、高頻下磁導(dǎo)率比硅鋼片高、對(duì)應(yīng)力不敏感的特性。適合于大批量開 模生產(chǎn)。但是硅鋼片在頻率升高后損耗急劇增大。無法用于頻率逐步升高的現(xiàn)代中高頻變 壓器鐵芯制作。鐵氧體磁芯的飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度很低，做大功率變壓器磁芯成本高，居里溫度 很低，溫度穩(wěn)定性差。進(jìn)入二十世紀(jì)以來，新出現(xiàn)的鐵基納米晶低剩磁鐵芯由于飽和磁感應(yīng) 強(qiáng)度達(dá)到鐵氧體磁芯的2倍以上，磁導(dǎo)率遠(yuǎn)高于鐵氧體磁芯和硅鋼片鐵芯，高頻損耗遠(yuǎn)低 于鐵氧體磁芯和娃鋼片鐵芯，所以鐵基納米晶低剩磁鐵芯成為中商頻變壓器磁芯的首選。
[0003] 鐵基納米晶鐵芯是由鐵、硅、硼、鈮、銅等合金元素在真空下制成母合金，然后通過 速凝制帶法制成厚度為20-40 y m的薄帶，通過卷繞使外形尺寸和重量滿足鐵芯的相應(yīng)要 求，然后在真空或氮?dú)夂蜌鍤獾缺Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行橫磁場(chǎng)熱處理，以實(shí)現(xiàn)其高飽和磁感應(yīng)強(qiáng) 度，高磁導(dǎo)率，低損耗特性，從而滿足中高頻變壓器鐵芯的需求。
[0004] 理論上帶材厚度越薄、尺寸偏差越小，就越適合于制作中高頻變壓器鐵芯。但實(shí)際 上由于制帶技術(shù)的限制，大批量生產(chǎn)厚度< 23 i! m且厚度偏差< ±2 i! m的帶材技術(shù)難度很 大，即使有少量產(chǎn)品，成本也非常高，無法滿足用戶的性價(jià)比要求。實(shí)際批量生產(chǎn)的帶材一 般厚度為27±4iim。
[0005] 用厚度為27±4iim帶材通過普通的在真空或氮?dú)夂蜌鍤獾缺Ｗo(hù)氣氛下進(jìn)行橫磁 場(chǎng)熱處理時(shí)，由于帶材厚度波動(dòng)范圍比較大，在熱處理時(shí)放熱量和沖溫值波動(dòng)比較大，導(dǎo)致 熱處理后的鐵芯磁性能指標(biāo)波動(dòng)范圍非常大，鐵芯的合格率不穩(wěn)定，平均值不高。同時(shí)由于 帶材厚度波動(dòng)的規(guī)律不明顯，也無法在熱處理之前對(duì)鐵芯進(jìn)行篩選分類。這樣就導(dǎo)致了鐵 芯產(chǎn)品熱處理后磁性能指標(biāo)不穩(wěn)定，鐵芯的產(chǎn)品合格率低，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)不好等問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述不足，提出一種使用批量生產(chǎn)相對(duì)較厚 的普通鐵基納米晶帶材也能夠制備出滿足用戶要求的中高頻變壓器磁芯，而且合格率比 現(xiàn)有方法有較大的提高的熱處理方法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種低損耗中1?頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方 法，其特征在于：取鐵基納米晶帶材繞制成占空系數(shù)> 75%的鐵芯，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛 或真空環(huán)境下對(duì)上述鐵芯進(jìn)行第一次熱處理，第一次熱處理采用三段保溫法，其中第一段 溫度為300-350°C，保溫時(shí)間為20-40min，第二段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為40-60min， 第三段溫度為530-540°C，保溫時(shí)間為40-60min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室 溫至300°C， 將經(jīng)第一次熱處理后的鐵芯在20kHz、0. 5T的條件下進(jìn)行鐵芯損耗測(cè)試，損耗彡22W/ kg的為一類鐵芯，損耗> 22W/kg的為二類鐵芯， 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)一類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱處理采 用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為570-590°C， 保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從鐵芯開始第 二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至第二次熱處 理結(jié)束， 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)二類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱處理采 用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為590-6KTC， 保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從鐵芯開始第 二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至第二次熱處 理結(jié)束， 經(jīng)過第二次熱處理后的鐵芯即為低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯。
[0008] 所述的鐵基納米晶帶材的厚度為27±4 ii m。
[0009] 本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 采用本申請(qǐng)所公開的方法對(duì)變壓器鐵芯進(jìn)行熱處理，能夠讓相對(duì)較厚的鐵基納米晶帶 材（27±4i!m)獲得磁性能指標(biāo)穩(wěn)定的特點(diǎn)，同時(shí)相比于傳統(tǒng)的熱處理方法，該方法處理后 的鐵芯的產(chǎn)品合格率也較高。這種方法的出現(xiàn)，讓能夠進(jìn)行工業(yè)化大批量生產(chǎn)的27±4i!m 的帶材的各項(xiàng)性能得到提高，可以作為中高頻變壓器的磁芯使用，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本， 提高產(chǎn)品的性價(jià)比。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的兩步法中第一次的普通熱處理工藝曲線。
[0011] 圖2為本發(fā)明的兩步法中第一類鐵芯第二次的熱處理工藝曲線。
[0012] 圖3為本發(fā)明的兩步法中第二類鐵芯第二次的熱處理工藝曲線。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】。如圖1至圖3所示： 使用批量生產(chǎn)的厚度為27±4iim的鐵基納米晶帶材，按照所需的外形尺寸和重量繞 制成鐵芯，該鐵芯的占空系數(shù)> 75%。將卷繞合格的鐵芯在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空 環(huán)境下對(duì)上述鐵芯進(jìn)行第一次熱處理，第一次熱處理采用三段保溫法，其中第一段溫度為 300-350°C，保溫時(shí)間為20-40min，第二段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為40-60min，第三 段溫度為530-540°C，保溫時(shí)間為40-60min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至 300°C，第一次熱處理完成。
[0014] 將經(jīng)第一次熱處理后的鐵芯在20kHz、0. 5T的條件下進(jìn)行鐵芯損耗測(cè)試，損耗 彡22W/kg的為一類鐵芯，損耗> 22W/kg的為二類鐵芯。
[0015] 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)一類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱 處理采用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為 570-590°C，保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從 鐵芯開始第二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至 第二次熱處理結(jié)束， 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)二類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱處理采 用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為590-6KTC， 保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從鐵芯開始第 二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至第二次熱處 理結(jié)束， 經(jīng)過第二次熱處理后的鐵芯即為低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯。
[0016] 經(jīng)過上述熱處理工藝后的鐵芯，其中性能為20kHz，0. 5T下?lián)p耗< 19W/kg，剩磁 彡0. 2T的磁芯可以滿足在8-50kHz高頻范圍下，較高要求的變壓器磁芯需求或在l-8kHz 中頻范圍下變壓器磁芯需求； 性能為20kHz，0. 5T下?lián)p耗> 19W/kg且彡25W/kg，剩磁> 0. 2T且彡0. 25T的磁芯可以 滿足在8-50kHz高頻范圍下，普通要求的變壓器磁芯需求或在l-8kHz中頻范圍下變壓器磁 -H- 【、. 心需求。

【權(quán)利要求】
1. 一種低損耗中1?頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方法，其特征在于：取鐵基納米 晶帶材繞制成占空系數(shù)> 75%的鐵芯，在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)上述鐵芯進(jìn) 行第一次熱處理，第一次熱處理采用三段保溫法，其中第一段溫度為300-350°C，保溫時(shí)間 為20-40min，第二段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為40-60min，第三段溫度為530-540°C，保 溫時(shí)間為40-60min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C， 將經(jīng)第一次熱處理后的鐵芯在20kHz、0. 5T的條件下進(jìn)行鐵芯損耗測(cè)試，損耗彡22W/ kg的為一類鐵芯，損耗> 22W/kg的為二類鐵芯， 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)一類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱處理采 用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為570-590°C， 保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從鐵芯開始第 二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至第二次熱處 理結(jié)束， 在氮?dú)饣驓鍤獗Ｗo(hù)氣氛或真空環(huán)境下對(duì)二類鐵芯進(jìn)行第二次熱處理，第二次熱處理采 用兩段保溫法，第一段溫度為450-470°C，保溫時(shí)間為30-40min，第二段溫度為590-6KTC， 保溫時(shí)間70-90min，然后讓鐵芯在30-60min內(nèi)隨爐冷卻到室溫至300°C，且從鐵芯開始第 二次熱處理起施加電流為400-450A的橫磁場(chǎng)，持續(xù)時(shí)間至少為40min，至多至第二次熱處 理結(jié)束， 經(jīng)過第二次熱處理后的鐵芯即為低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低損耗中高頻鐵基納米晶變壓器鐵芯的熱處理方法，其 特征在于：所述的鐵基納米晶帶材的厚度為27±4iim。
【文檔編號(hào)】C21D9/00GK104451071SQ201410639637
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】王慕禹, 馬光, 楊富堯 申請(qǐng)人:北京冶科磁性材料有限公司, 國網(wǎng)智能電網(wǎng)研究院