Fe基非晶态合金带及由其形成的磁芯制造技术

一种用切割－搭接或逐步搭接方法制成变压器所需形状的磁芯，该磁芯由具有优异磁特性的Ｆｅ基非晶态合金带组成，所述合金带由如下通式表示：Ｆｅ↓［ａ］Ｓｉ↓［ｂ］Ｂ↓［ｃ］Ｍ↓［ｘ］或Ｆｅ↓［ａ］Ｓｉ↓［ｂ］Ｂ↓［ｃ］Ｃ↓［ｄ］Ｍ↓［ｘ］，其中Ｍ是Ｃｒ和／或Ｎｉ，ａ为７８至８６原子％，ｂ为０．００１至５原子％，ｃ为７至２０原子％，ｘ为０．０１至５原子％，而ｄ为０．００１至４原子％，（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ）或（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｘ）为１００。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有优异磁性能的Fe基非晶态合金带，以及用这种Fe基非晶态合金带组成的磁芯，特别是涉及可用于如下用途的Fe基非晶态合金带及其磁芯各种变压器；电抗器(reactor)；噪声降低部件，如有源滤波器的扼流圈、平滑扼流圈、共模扼流圈等；激光电源；加速器的磁脉冲功率部件；发动机；发电机等。
技术介绍
已知的用于各种变压器和电抗器，噪声降低部件，例如有源滤波器的扼流圈、平滑扼流圈、共模扼流圈和电磁屏蔽，激光电源，加速器的磁脉冲功率部件；发动机；发电机等的具有高饱和磁通密度和低铁芯损耗的磁性合金是硅钢和Fe基非晶态合金。尽管硅钢具有高磁通密度和低成本，但其不利之处在于高频应用中的铁芯损耗大。Fe基非晶态合金的饱和磁通密度低于硅钢的饱和磁通密度，因而需要大磁芯。而且Fe基非晶态合金的磁致伸缩大，容易因应力影响而使特性变差。至于变压器的磁芯材料，JP9-31610A公开了一种非晶态Fe-Si-B-M合金带的制造方法，其中M表示不可避免的杂质，至少一种选自Al、Ti、S、Mn和Zr的元素。这种非晶态合金在80A/m磁场中的磁通密度为1.4T或以上。至于改善Fe基非晶态合金铁芯损耗的方法，JP10-324961A公开了一种Fe-Si-B-M非晶态合金带的制造方法，其中M是至少一种选自Mn、Co、Ni和Cr的元素。在这种方法中，在磁场中在中等温度或高温下进行常规热处理之前，在相对较低的温度下进行热处理至少6小时或更长时间。但是，上述的常规Fe基非晶态合金带由于磁通密度低而不适合用作变压器的磁芯材料。因为磁通密度低，最大工作磁通密度也必须低，因此磁通密度低的磁芯不可避免地具有大体积或重量。虽然对由上述常规Fe基非晶态合金带获得的金属板进行了铁芯损耗研究，但是对其用于磁芯时产生的应力情况却没有进行研究。此外，由于JP10-324961提出的制造方法需要进行长时间的热处理，这在批量生产中是非常不可取的。因为非晶态Fe-Si-B或Fe-Si-B-C合金在具有适合高饱和磁通密度的组成时结晶温度低，因此它们必须在低温下进行热处理。此时，由于用于变压器磁芯的Fe基非晶态合金中产生的应力没有充分释放，Fe基非晶态合金的磁特性变得非常差。
技术实现思路
专利技术目的因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有改良饱和磁通密度和软磁特性的Fe基非晶态合金带，这种合金带中的应力在较短的时间内通过热处理而被充分释放。本专利技术的另一个目的是提供一种由这样的Fe基非晶态合金带组成的磁芯。专利技术概述本专利技术的第一种具有优异磁性的Fe基非晶态合金带由如下通式表示FeaSibBcMx，其中M为Cr和/或Ni，a为78至86原子％，b为0.001至5原子％，c为7至20原子％，而x为0.01至5原子％，(a+b+c+x)＝100。当M是Cr时，优选x为0.01至1原子％，而当M是Ni时，优选x为0.1至5原子％。在预定条件下进行热处理，可以提供这种具有提高了的磁通密度并充分释放应力的Fe基非晶态合金带。优选这种Fe基非晶态合金带的厚度为25至40μm，饱和磁通密度为1.6T或以上，在80A/m磁场中的磁通密度为1.5T或以上。为了进一步提高Fe基非晶态合金带的磁通密度并充分释放应力，更优选a为78至85原子％，b为0.001至3原子％，c为10至20原子％，且x为0.02至4原子％。这种Fe基非晶态合金的饱和磁通密度为1.65T或以上，在80A/m磁场中的磁通密度为1.6T或以上。本专利技术的第二种具有优异磁性的Fe基非晶态合金带由如下通式表示FeaSibBcCdMx，其中M为Cr和/或Ni，a为78至86原子％，b为0.001至5原子％，c为7至20原子％，d为0.001至4原子％，而x为0.01至5原子％，(a+b+c+d+x)＝100。当M是Cr时，优选x为0.01至1原子％，而当M是Ni时，优选x为0.1至5原子％。在预定条件下进行热处理，可以提供这种具有提高了的磁通密度并充分释放应力的Fe基非晶态合金带。优选这种Fe基非晶态合金带的厚度为25至40μm，饱和磁通密度为1.6T或以上，在80A/m磁场中的磁通密度为1.5T或以上。为了进一步提高Fe基非晶态合金带的磁通密度并充分释放应力，更优选a为78至85原子％，b为0.001至3原子％，c为10至20原子％，d为0.01至3原子％，且x为0.02至4原子％。这种Fe基非晶态合金的饱和磁通密度为1.65T或以上，在80A/m磁场中的磁通密度为1.6T或以上。本专利技术的磁芯是由上述任何一种Fe基非晶态合金带经过切割-搭接(cut-lap)或逐步搭接(step-lap)方法制成变压器所需形状而制得的。附图说明图1(a)所示为一个由本专利技术Fe基非晶态合金带组成的环形磁芯实例的平面图；图1(b)是沿着图1(a)中A-A线的横断面视图；图2(a)所示为另一个由本专利技术Fe基非晶态合金带组成的环形磁芯实例的平面图；图2(b)是沿着图2(a)中B-B线的横断面视图；图3(a)所示为用切割-搭接或逐步搭接方法制造的环形磁芯实例的部分放大平面图；图3(b)是沿着图3(a)中C-C线的横断面视图；图4是应力松施率测量方法的示意图。优选实施方案详述[1]组成本专利技术的第一种Fe基非晶态合金由通式FeaSibBcMx表示，其中M为Cr和/或Ni，a为78至86原子％，b为0.001至5原子％，c为7至20原子％，而x为0.01至5原子％，(a+b+c+x)＝100。本专利技术的第二种Fe基非晶态合金由通式FeaSibBcCdMx表示，其中M为Cr和/或Ni，a为78至86原子％，b为0.001至5原子％，c为7至20原子％，d为0.001至4原子％，而x为0.01至5原子％，(a+b+c+d+x)＝100。当使用本专利技术的含Cr和/或Ni的Fe基非晶态合金时，制造磁芯时产生的应力通过热处理而被充分释放。Cr的作用是降低合金的熔体粘度，并改善与轧辊的可湿性和表面条件。Cr和Ni还有在热处理时加速Fe基非晶态合金中应力释放，从而改善其软磁特性的作用。但是，当所含Cr和/或Ni的量太少时不能达到足够的效果，而它们过量时又会使居里温度和饱和磁通密度明显变差。因此，基于100原子％的合金主组成(a+b+c+x或a+b+c+d+x)，Cr和/或Ni的量为0.01至5原子％，优选为0.02至4原子％，更优选为0.1至4原子％。当M是Cr时，x的范围优选为0.01至1原子％，更优选为0.02至0.5原子％。当M是Ni时，x的范围优选为0.1至5原子％，更优选为0.3至4原子％。因此Cr和Ni的必需量存在差别。少量的Cr对于释放将合金制成磁芯过程中产生的应力是有效的，而比Cr量更多的Ni才能有效地释放将合金制成磁芯过程中产生的应力。可以根据所需的磁特性和应力松施率来适当选择Cr和Ni。Si是对合金非晶态化重要的元素，也是保持合金的居里温度高到某种程度所必需的元素。Si量太少时，合金的居里温度太低而无法投入实际应用。另一方面，Si量太多时，会增加合金的铁芯损耗，导致磁通密度和热稳定性降低。因此，基于100原子％合金的主组成，Si的量为0.001至5原子％，优选为0.001至3原子％。B是使合金非晶态化重要的元素。当B量太少时，很难使合金非晶态化，导致本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有优异磁特性的Ｆｅ基非晶态合金带，该合金带由如下通式表示：Ｆｅ↓［ａ］Ｓｉ↓［ｂ］Ｂ↓［ｃ］Ｍ↓［ｘ］，其中Ｍ为Ｃｒ和／或Ｎｉ，ａ为７８至８６原子％，ｂ为０．００１至５原子％，ｃ为７至２０原子％，而ｘ为０．０１至５原子％，（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｘ）为１００。

【技术特征摘要】
JP 2004-7-5 2004-198197;JP 2004-12-27 2004-3768721.一种具有优异磁特性的Fe基非晶态合金带，该合金带由如下通式表示FeaSibBcMx，其中M为Cr和/或Ni，a为78至86原子％，b为0.001至5原子％，c为7至20原子％，而x为0.01至5原子％，(a+b+c+x)为100。2.根据权利要求1所述的Fe基非晶态合金带，其饱和磁通密度为1.6T或以上，且在80A/m磁场中的磁通密度为1.5T或以上。3.根据权利要求1所述Fe基非晶态合金带，其中a为78至85原子％，b为0.001至3原子％，c为10至20原子％，x为0.02至4原子％，而且该合金带的饱和磁通密度为1.65T或以上，在80A/m磁场中的磁通密度为1.6T或以上。4.根据权利要求1所述的Fe基非晶态合金带，其中M是Cr，且x为0.01至1原子％。5.根据权利要求1所述的Fe基非晶态合金带，其中M是Ni，且x为0.1至5原子％...

【专利技术属性】
技术研发人员：直江昌武，小川雄一，吉泽克仁，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]