改进的含钴铁基非晶态合金构成的磁铁芯制造技术

本发明专利技术揭示的金属合金至少大约９０％为非晶态的，具有高的磁性，它基本上由通式Ｆｅ↓［ａ－ｂ］Ｃｏ↓［ｂ］Ｂ↓［ｃ］Ｓｉ↓［ｄ］Ｃ↓［ｅ］表示的成分组成，式中：“ａ”、“ｂ”、“ｃ”、“ｄ”和“ｅ”为原子百分数，分别为大约７５—８５，大约０．１—０．８，大约１２—１５，大约２—５和大约１—３。还揭示了包括这种合金的磁性铁芯，包括经磁场退火。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及含钴的铁基非晶态金属合金，更具体地说，涉及含有钴、硼、硅及碳的铁基非晶态金属合金，与现有技术相比，这些合金具有高的饱和磁感应强度、低的铁芯损耗以及低的激磁功率。非晶态材料基本上无任何长程原子有序排列，其特征在于X-射线衍射花样由漫射（宽的）强度最大值组成，数量上相似于自液体或者无机氧化物玻璃所观察到的衍射花样。这样的一些花样完全不同于自晶态材料所观察到的由尖而窄的强度最大值组成的衍射花样。非晶态材料以亚稳态存在。故而，当加热到足够高的温度之后，随着结晶热的放出，它们开始结晶;而X-射线衍射花样开始从非晶态花样变化到晶态花样。众所周知，涉及非晶态金属合金的揭示为H.S.Chen和D.E.Polk的美国专利第3，856，513号。该专利中所揭示的为一类具有通式为Ma  Yb  Zc的非晶态金属合金，式中M为选自铁、镍、钴、铬和钒这个组中的至少一种金属，Y为选自由磷、硼、和碳组成的这个组中至少一种元素，Z为选自由铝、锑、铍、锗、铟、锡和硅组成的这个组中的至少一种元素，“a”约为60～90%（原子百分数），“b”约为10～30%（原子百分数），“c”约为0.1～15%（原子百分数）。随着非晶态金属合金方面的不断研究和发展，某些合金系具有的磁性和物理性能使它们在某些方面应用，特别是在电子工业上用作变压器、发电机及电机的铁芯的应用得以增加，这已日趋明显。被认为具有这样一些性能的一种早期合金为Fe80B20。然而，大家都知道，-->Fe80B20难以铸成非晶态且是热不稳定的。故而，必须研制一些具有较好稳定性和铸造性的合金，使非晶态金属合金在制造电磁铁芯，特别是变压器铁芯方面得到实际应用。美国专利第4，219，355揭示了一种这类合金。美国专利第4，219，355号中所揭示的合金以通式FeaBbSicCd表示，式中“a”、“b”、“c”、和“d”以原子百分数表示，分别约为80～82，12.5～14.5，2.5～5以及1.5～2.5。这些合金具有在温度高达大约150℃下能保持稳定的良好的交流（AC）和直流（DC）磁性。因此，这些合金特别适用于功率变压器、航空变压器、电流变压器、400Hz变压器、磁开关铁芯、高增益磁放大器以及低频变换器。业已被认为适用于制造变压器的还有另一类合金。例如，美国专利第4，217，135号和4，300，950号均涉及某些铁-硼-硅合金，它们适用于制造变压器铁芯。从以上引用的专利中的揭示很容易看出，为了达到对非晶态金属合金的铸造性能、综合的磁和力学性能以及这些性能的热稳定性产生引人注目的影响，化学成分的差别不需很大。具体地说，对变压器铁芯材料来说，最需要的性能是易铸性、高饱和磁化强度、低铁损、低激磁功率、延性以及高热稳定性。虽然在鉴定能更好地满足变压器铁芯制造工业所需要的合金方面业已取得很大的进展，但仍必需更进一步提高更高的饱和磁感强度、更低的铁损、更低的激磁功率以及在高的工作温度下的更好的热稳定性。本专利技术涉及新型的金属合金，它基本上由以通式Fea-bCobBcSidCe表示的成分组成，式中“a”、“b”、“c”、“d”和“e”以原子百分数表示，分别约为75-85，0.1-0.8，12-15，2-5，-->以及1-3。本专利技术的合金的特征在于具有良好的铸造性和延性。本专利技术还涉及一些上述组分的至少约为90%非晶态的合金。本专利技术的非晶态合金在100℃时具有至少1.5泰斯拉（tesla）的饱和磁化强度和小于大约0.2瓦特/公斤（也在100℃）的铁芯损耗。而且，本专利技术的非晶态合金更可取地在大约1.5tesla感应强度下具有小于大约0.3VA/Kg的激磁功率值。本专利技术还涉及改进的包含这些非晶态合金的磁铁芯。改进的磁铁芯包含非晶态金属合金本体，所说的非晶态金属合金具有的组分包括铁、硅、硼、碳及钴，所说的本体业已在磁场下退火。图1为一种现有技术中的合金Fe81B13.5Si3.5C2和本专利技术的一种合金Fe80.5Co0.5B13.5Si3.5C2的居里温度与第一和第二结晶温度的比较曲线图;图2为说明二种现有技术中的合金Fe81B13.5Si3.5C2和Fe78B13Si9中的每种合金与本专利技术的一种合金Fe80.5Co0.5B13.5Si3.5C2的饱和磁芯感应强度随温度变化的图;图3a和3b分别为在一种现有技术中的合金Fe81B13.5Si3.5C2和本专利技术的一种合金Fe80.5Co0.5B13.5Si3.5C2试样的不同感应强度下铁芯损耗和激磁功率的比较图;图4为一种现有技术中的合金Fe78B13Si9和本专利技术的一种合金Fe80.5Co0.5B13.5Si3.5C2的各种试样在不同温度下的铁芯损耗比较图;图5a和5b分别为在一种现有技术的合金Fe81B13.5Si3.5C2、本专利技术的一种优先采用的合金Fe80.5Co0.5B13.5Si3.5C2和本专利技术范围之外的一种合金Fe80C0.1B13.5Si3.5C2的每一种合金在不同感应强度下，铁芯损耗和激磁功率值的示图，本专利技术的合金成分由以下通式表示：-->Fea-bCobBcSidCe再加上伴随的杂质，式中“a”、“b”、“c”、“d”和“e”以原子百分数表示，“a”约为75-85，“b”约为0.1-0.8，“c”约为12-15，“d”约为2-5，以及“e”约为1-3。应当认为，a至e加上杂质的总和等于100。当本专利技术的合金其中至少约90%为非晶态，更好至少约为95%为非晶态以及最好大体上全为非晶态时，它具有增强的由高饱和磁化强度值表示的D.C.和A.C.磁性能，低的A.C.铁芯损耗和低的激磁功率。本专利技术的非晶态金属合金是通过以至少约105K/秒速率使合金熔体冷却而得到的。一般来说，具体的组分按所需的比例选自必需元素的粉末或者颗粒（或者可分析成该元素的材料，例如硼铁、硅铁等），然后熔化和均匀化。再使熔体沉积在激冷表面上，以形成各种各样的产品，例如溅泼淬火箔或连续的丝、带、薄片等。最好，通过把熔体沉积在高速移动的激冷表面上，例如美国专利第4，221，257号所揭示的旋转轮，使其很快冷却。本专利技术的非晶态合金具有最佳的性能组合，即高的饱和磁化强度、低的铁芯损耗和低的激磁功率。很显然，每种合金的一项已知性能可能小于最佳值。尽管如此，本专利技术的合金，在作为制作磁芯，特别是制造变压器中所用的那些铁芯所必需的性能之中构成了理想的平衡。本专利技术的非晶态合金在大约-40℃～150℃温度范围内具有至少约为1.5tesla的饱和磁化强度值。在20℃下它们具有更好的饱和磁化强度值，即至少约为1.67tesla;在80℃下（非晶态合金配电变压器的通常工作温度），它们具有最佳的值，即至少约为1.55tesla。可归属于这样的非晶态合金的铁芯损耗，在1.3tesla感应强度下，-40℃～150℃的相同温度范围内，不超过大约0.2瓦特/公斤。在1.3tesla感应强度，80-100℃温度下，更好的铁芯损耗小于大约-->0.18瓦特/公斤，而在1.3tesla感应强度、100℃时，更好的铁芯损耗不大于0.17瓦特/公斤。而且，本专利技术的非晶态合金具有的激磁功率在高达大约1.5tesla的感应强度水平时小于大约0.3伏安/公斤;在同样的感应强度水平时，更好的为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由金属合金本体构成的磁铁芯，其特征在于所说的磁铁芯至少大约９０％为非晶态且在１００℃温度下具有至少大约１．５ｔｅｓｌａ的饱和磁感应强度值，所说的磁铁芯在大约１．３ｔｅｓｌａ的磁感应强度水平下，铁损小于大约０．２瓦物／公斤，在大约１．５ｔｅｓｌａ的磁感应强度水平下，需用的激磁功率不大于大约０．３伏－安／公斤。

【技术特征摘要】
1、一种由金属合金本体构成的磁铁芯，其特征在于所说的磁铁芯至少大约90%为非晶态且在100℃温度下具有至少大约1.5tesla的饱和磁感应强度值，所说的磁铁芯在大约1.3tesla的磁感应强度水平下，铁损小于大约0.2瓦特...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍华德H利伯曼，
申请(专利权)人：阿兰德信号公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]