專利名稱：一種非晶軟磁鐵芯及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鐵芯及其制造方法，更具體地說，本發(fā)明涉及一種具有交換偏置行為的軟磁鐵芯及其制造方法。
背景技術(shù)：
利用熔體快淬技術(shù)制得的非晶軟磁帶材因其加工厚度薄(約O. 025-0. 04mm)、電阻率高(約130μ Ω Cm，是硅鋼和坡莫合金的兩倍以上)而擁有較好的高頻特性，被廣泛應(yīng)用于變壓器鐵芯、電感器鐵芯、軛鐵等電磁功能變換領(lǐng)域。當(dāng)軟磁合金帶材應(yīng)用于變壓器鐵芯時(shí)，其飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度、初始磁導(dǎo)率以及矯頑力等磁性能的優(yōu)劣決定了軟磁鐵芯的實(shí)用價(jià)值和市場占有率。如果在較高頻率中使用，還要特殊關(guān)注軟磁鐵芯的渦流損耗，如能在保證足夠的功率轉(zhuǎn)換效果的基礎(chǔ)上，用更小的驅(qū)動電流產(chǎn)生更好變壓效果，將對提高導(dǎo)磁率、降低鐵芯內(nèi)部的渦流損耗很有幫助。近年來，非晶態(tài)軟磁合金帶材作為節(jié)能環(huán)保型“綠色材料”，與制造配電變壓器鐵芯所用的傳統(tǒng)硅鋼材料相比，具有明顯的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢。它的制造方法采用了先進(jìn)的快速凝固技術(shù)，由鋼液一次性噴制成厚度約為30微米的非晶態(tài)薄帶，與硅鋼片采用傳統(tǒng)的煉鋼、連鑄、軋制、熱處理等多道生產(chǎn)工序相比，在制造過程中節(jié)約能耗80%左右，而且制造過程無污染排放，實(shí)現(xiàn)了綠色制造；配電變壓器中采用非晶鐵芯，可以使變壓器的空載損耗降低60-80%，將大幅度降低輸配電損耗，提高輸電效率。以一臺315kVA、IOkV變壓器為例，變壓器運(yùn)行20年節(jié)約的電能就達(dá)IOOMWh以上，相當(dāng)于減少燃煤消耗45噸，同時(shí)減排C02112噸；假如我國2006年IOkV級配電變壓器全部采用非晶變壓器，一年可節(jié)電200億度。因此，非晶帶材是同時(shí)具有制造過程節(jié)能和使用過程節(jié)能的“雙節(jié)能”型材料，非晶態(tài)軟磁薄帶在配電變壓器中的推廣應(yīng)用已成為我國電網(wǎng)節(jié)能降耗的重要手段之一。

利用軟磁快淬合金制備的軟磁鐵芯盡管與傳統(tǒng)硅鋼片鐵芯制品相比在綜合軟磁性能上已有很大程度的改善，但在實(shí)際應(yīng)用過程中作為功率轉(zhuǎn)換器件經(jīng)常需要軟磁鐵芯要在更高的器件工作點(diǎn)工作，同時(shí)為了降低漏感，需要鐵芯工作時(shí)磁導(dǎo)率要高，以便盡量減小初級線圈的激磁電流，降低溫升，提高效率?，F(xiàn)有技術(shù)中，非晶合金帶材內(nèi)稟特性(即本征磁性)的改善一般采用合理調(diào)整合金成分等方法進(jìn)行，而非晶合金帶材外稟特性(即非本征特性)的改善則往往通過后期熱處理工藝進(jìn)行調(diào)整。因此，已經(jīng)開發(fā)了對非晶合金材料進(jìn)行退火，并且在退火的過程中施加磁場來使軟磁鐵芯獲得高剩磁的工藝。然而，上述退火工藝處理后的非晶鐵芯功能單一，譬如，對要求即具有高剩磁又具備激磁電流小特點(diǎn)的綜合軟磁性能的鐵芯，上述退火方法獲得的鐵芯難以滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一方面提供了一種非晶軟磁鐵芯的制造方法，該方法包括下述步驟制造非晶軟磁合金薄帶；將合金薄帶卷繞成具有預(yù)定尺寸的環(huán)形鐵芯；對所述環(huán)形鐵芯進(jìn)行靜磁場退火處理；對靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯進(jìn)行回線偏置功能性可控操作。根據(jù)本發(fā)明的一方面，合金薄帶的合金成分可為Fe__x_y_z)MxSiyBzM'，其中，M為Co 和 / 或 Ni，M'為 Nb、Cu、Mn、Mo、Ta、W、Au、Cr、V、Sn、Al 中的至少一種，其中，O ^ x ^ 70,O彡y彡18,5彡z彡20。根據(jù)本發(fā)明的一方面，環(huán)形鐵芯內(nèi)徑可為10-20mm，外徑可為20-40mm，高可為10_20mm。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可在300_55(TC的溫度范圍內(nèi)以及O. 1-6小時(shí)的保溫時(shí)間下進(jìn)行靜磁場退火處理。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在靜磁場退火的過程中，可沿薄帶縱向、橫向或者雙偏環(huán)形方向中的一種或多種施加磁場，其中，磁場大小可為0-8kA/m。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在回線偏置功能性可控操作的過程中，可沿薄帶縱向施加交變磁場，從而可控地調(diào)制偏置回線。其中，交變磁場的大小可在0-12kA/m之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在回線偏置功能性可控操作的過程中，可沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場，從而可控地調(diào)制偏置回線。其中，所述脈沖場的大小可在0-16kA/m 之間。根據(jù)本發(fā)明的一方面，在回線偏置功能性可控操作的過程中，可沿薄帶橫向施加脈沖場，從而可控地調(diào)制偏置回線。其中，所述脈沖場的大小可在0-160kA/m之間。根據(jù)本發(fā)明的一 方面，在回線偏置功能性可控操作的過程中，可采用沿薄帶縱向施加交變磁場、沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場、沿薄帶橫向施加脈沖場中的一種或多種。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可在0-200°C之間的操作環(huán)境溫度下執(zhí)行回線偏置功能性可控操作。可通過對纏繞在環(huán)形軟磁鐵芯上的線圈施加交流電流來實(shí)現(xiàn)沿薄帶縱向施加的交變磁場，其中，所述線圈可采用直徑為O.1-1mm的漆包線。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可通過對纏繞在環(huán)形軟磁鐵芯上的線圈施加方形脈沖電流來實(shí)現(xiàn)沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場，其中，方形脈沖可為每隔固定時(shí)間對線圈施加一個(gè)直流脈沖，持續(xù)時(shí)間可為5至10秒。根據(jù)本發(fā)明的一方面，可通過可控電磁鐵來實(shí)現(xiàn)沿薄帶橫向施加的脈沖磁場，其中，可將軟磁鐵芯沿橫向放置在可控電磁鐵極頭中心位置，可利用電磁鐵產(chǎn)生的橫向磁場對軟磁合金鐵芯做橫向正反沖擊操作，橫向磁場的方向可以每5至10秒由正向到反向變換。本發(fā)明另一方面提供了一種利用根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的方法制造的非晶軟磁鐵
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Λ ο根據(jù)本發(fā)明的一方面，非晶軟磁鐵芯中的環(huán)形鐵芯的填充系數(shù)可大于80%。根據(jù)本發(fā)明的一方面，非晶軟磁鐵芯中的環(huán)形鐵芯在退火操作過程中尺寸不發(fā)生明顯變化。本發(fā)明的又一方面提供了一種由快淬非晶薄帶制成的環(huán)形軟磁鐵芯，其特征在于，該鐵芯是以卷繞方式制成的有一定內(nèi)外徑尺寸的環(huán)形磁芯，其中，所述鐵芯的制備原材料快淬非晶薄帶的化學(xué)成分為Fe(1QQ_x_y_z)MxSiyBzM'，其中M為Co和/或Ni，M'為Nb、Cu、Mn、Mo、Ta、W、Au、Cr、V、Sn、Al 中的至少一種，其中，O 彡 x 彡 70，O 彡 y 彡 18，5 彡 z 彡 20。利用本發(fā)明的方法制備出的不同種類的軟磁卷繞鐵芯，可以在盡可能小的驅(qū)動電流下獲得最大磁感，達(dá)到最優(yōu)工作效果。鐵芯可使用傳統(tǒng)快淬技術(shù)獲得的非晶薄帶卷繞而成，在300-550°C溫度區(qū)間和O. 1-6小時(shí)時(shí)間范圍內(nèi)，針對不同成分的軟磁鐵芯采用特殊熱處理工藝進(jìn)行退火操作，從而可以獲得理想的交換偏置效果。


通過下面結(jié)合附圖進(jìn)行的對實(shí)施例的描述，本發(fā)明的上述和/或其他目的和優(yōu)點(diǎn)將會變得更加清楚，其中圖1A示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的縱向方向配置磁場的示意圖；圖1B示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的橫向方向配置磁場的示意圖；圖1C示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的雙偏環(huán)形方向配置磁場的示意圖；圖2示意性地示出了對具備交換偏置特性的軟磁鐵芯進(jìn)行交流或脈沖處理的操作方法；圖3示意性地示出了對具備交換偏置特性的軟磁鐵芯進(jìn)行橫向脈沖場沖擊的操作；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的矯頑力、偏移場和回線偏移率隨退火時(shí)施加的縱向磁場增大的變化趨勢；

圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖；圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在不同的反向脈沖場下的軟磁鐵芯的磁滯回線圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參照附圖詳細(xì)地描述本發(fā)明的示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些附圖僅僅是說明性的，而不是出于限制本發(fā)明的目的。另外，提供這些實(shí)施例使得本公開將是徹底的和完全的，并將把本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員。本發(fā)明的一方面提供了一種非晶軟磁鐵芯的制造方法，該方法包括下述步驟制造非晶軟磁合金薄帶；將非晶軟磁合金薄帶卷繞成具有預(yù)定尺寸的環(huán)形鐵芯；對所述環(huán)形鐵芯進(jìn)行靜磁場退火處理；對靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯進(jìn)行回線偏置功能性可控操作。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，非晶軟磁合金薄帶可以采用熔體快淬技術(shù)來形成。然而本發(fā)明不限于此，可以采用其他任何方法來形成非晶軟磁合金薄帶。其中，非晶軟磁合金薄帶的厚度可為大約25微米至大約35微米。然而，本發(fā)明不限于此，根據(jù)使用場合的不同，可相應(yīng)地調(diào)整非晶軟磁合金薄帶的厚度。將非晶軟磁合金薄帶卷繞以形成具有預(yù)定的尺寸的環(huán)形鐵芯，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，環(huán)形鐵芯的內(nèi)徑可為大約10-20mm，外徑可為大約20_40mm，高度可為大約10-20_。然而，本發(fā)明不限于此，根據(jù)使用場合的不同，可相應(yīng)地調(diào)整環(huán)形鐵芯的尺寸。
環(huán)形鐵芯的填充系數(shù)至少應(yīng)當(dāng)大于大約80%，并且環(huán)形鐵芯需要具有足夠的穩(wěn)定性，例如，在退火操作過程中，環(huán)形鐵芯的尺寸不能發(fā)生明顯變化?？筛鶕?jù)實(shí)際需要適當(dāng)調(diào)整非晶軟磁合金薄帶的成分。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，非晶軟磁合金薄帶的合金成分主要為Fe__x_y_z)MxSiyBzM'，其中，M為Co和/或Ni，M'為 Nb、Cu、Mn、Mo、Ta、W、Au、Cr、V、Sn 和 Al 中的至少一種，其中，O 彡 x 彡 70，O 彡 y 彡 18，5彡z彡20。根據(jù)非晶軟磁合金薄帶的合金成分不同，對環(huán)形鐵芯進(jìn)行的靜磁場退火處理可以在大約300-550°C區(qū)間內(nèi)選擇適當(dāng)?shù)臏囟冗M(jìn)行，退火過程中的保溫時(shí)間可為大約O. 1-6小時(shí)。在靜磁場退火的過程中，沿薄帶縱向、橫向或者雙偏環(huán)形方向中的一種或多種施加磁場，從而可以形成具有不同回線偏置效果的軟磁合金鐵芯。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在靜磁場退火過程中施加的磁場大小可為大約0-8kA/m。下面將參照圖1A至圖1C詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的靜磁場退火的過程中的磁場施加方法。其中，圖1A示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的縱向方向配置磁場的示意圖；圖1B示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的橫向方向配置磁場的示意圖；圖1C示出了軟磁鐵芯在退火時(shí)施加的雙偏環(huán)形方向配置磁場的示意圖。參照圖1A，可將軟磁鐵芯100設(shè)置為使導(dǎo)體200穿過軟磁鐵芯100。具體地說，使軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶的卷繞方向與導(dǎo)體200的延伸方向基本垂直，即，使軟磁鐵芯100的高度方向與導(dǎo) 體200的延伸方向基本平行。在這種情況下，當(dāng)導(dǎo)體200中的電流沿箭頭A指示的方向流動時(shí)，在導(dǎo)體200的周圍產(chǎn)生如箭頭B所指示的磁場。可見，在圖1A的情況下，磁力線沿形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶的縱向方向穿過軟磁鐵芯100,從而在退火過程中沿形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶的縱向方向配制磁場。參照圖1B，可將軟磁鐵芯100設(shè)置為在線圈300中。具體地說，使軟磁鐵芯100的高度方向與線圈300的延伸方向基本平行。換言之，使線圈300產(chǎn)生的磁場的磁力線穿過環(huán)形的軟磁鐵芯100的中心。在這種情況下，當(dāng)線圈300中的電流沿箭頭A指示的方向流動時(shí)，在線圈300的周圍產(chǎn)生如箭頭B所指示的磁場?？梢?，在圖1B的情況下，磁力線沿形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶的橫向方向穿過軟磁鐵芯100,從而在退火過程中沿形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶的橫向方向配制磁場。參照圖1C，可將軟磁鐵芯100設(shè)置為在兩條導(dǎo)體410和420之間。具體地說，使軟磁鐵芯100的高度方向與導(dǎo)體410和420的延伸方向基本垂直。在這種情況下，當(dāng)導(dǎo)體410和420中的電流分別沿箭頭Al和A2指示的彼此相反的方向流動時(shí)，在導(dǎo)體410和420的周圍分別產(chǎn)生如箭頭BI和B2所指示的磁場?？梢?，在圖1C的情況下，磁力線以雙環(huán)形的方向穿過形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶，從而在退火過程中向形成軟磁鐵芯100的非晶軟磁合金薄帶施加雙偏環(huán)形方向配置的磁場。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，還可對靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯進(jìn)行回線偏置功能性可控操作。具體地說，可通過向靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯施加特定的磁場脈沖(或沖擊)來改變環(huán)形鐵芯的回線偏置，從而控制環(huán)形鐵芯的回線偏置特性。圖2示意性地示出了對具備交換偏置特性的軟磁鐵芯進(jìn)行交流或脈沖處理的操作方法。參照圖2，在對軟磁鐵芯進(jìn)行交流或脈沖處理的過程中，首先將線圈520纏繞在具備交換偏置特性的軟磁鐵芯510上，并將線圈520連接到電源500。電源500可輸出交流、正反直流脈沖等電流，電源500可以是本領(lǐng)域常用的各種電源，因此，為了清楚起見，在這里將省略對它的詳細(xì)描述。線圈520可以采用直徑為O.1-1mm的漆包線形成。具體地說，可將O.1-1mm的漆包線纏繞到軟磁鐵芯510上，以形成線圈520，然后，可將線圈520與電源500連接。通過電源500向線圈520施加交流電，從而利用線圈520向軟磁鐵芯510施加交變磁場。即，可交替地向軟磁鐵芯510施加沿箭頭Al所指示的方向的正磁場以及沿箭頭A2所指不的方向的負(fù)磁場。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，交變磁場的大小可以在大約0-12kA/m之間，從而能夠可控地調(diào)制偏置回線。另外，根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，在回線偏置功能性可控操作的過程中，還可沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場，從而可控地調(diào)制偏置回線。可利用圖2中示出的裝置對纏繞在環(huán)形軟磁鐵芯上的線圈施加方形脈沖電流來實(shí)現(xiàn)沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場，其中，方形脈沖為每隔固定時(shí)間對線圈施加一個(gè)直流脈沖，持續(xù)時(shí)間為5至10秒。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，脈沖磁場的大小可以在0-16kA/m之間，從而可控地調(diào)制偏置回線。圖3示意性地示出了對具備交換偏置特性的軟磁鐵芯進(jìn)行橫向脈沖場沖擊的操作。參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的另一示例性實(shí)施例，可將軟磁鐵芯510放置在電磁鐵的N極550以及電磁鐵的S極540之間，并且使軟磁鐵芯510的沿高度方向的軸分別指向N極550和S極540。當(dāng)電磁鐵通電產(chǎn)生磁場時(shí),在N極550和S極540之間產(chǎn)生橫向脈沖磁場,從而沿軟磁鐵芯510合金薄帶的橫向方向(即，沿箭頭Al)對軟磁鐵芯510施加橫向正沖擊。然后，可使N極550和S極540互相調(diào)換位置(例如，通過改變電磁鐵中的電流方向來改變電磁鐵的磁極)，從而沿軟磁鐵芯510合金薄帶的橫向方向(即，沿箭頭A2)對軟磁鐵芯510施加橫向反沖擊。其中，橫向磁場的方向每5至10秒由正向到反向變換。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，脈沖磁場的大小可以在0-160kA/m之間，從而沿薄帶的橫向施加脈沖場，可控地調(diào)制偏置回線。 上面描述的沿薄帶縱向施加交變磁場、沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場、沿薄帶橫向施加脈沖場等方法可以單獨(dú)使用，也可彼此組合地使用。因此，在回線偏置功能性可控操作的過程中，可使用沿薄帶縱向施加交變磁場、沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖場、沿薄帶橫向施加脈沖場等措施的一種或多種?？梢栽谑覝鼗蛱囟囟认聢?zhí)行回線偏置功能性可控操作，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可在0-200°C之間的操作環(huán)境溫度下執(zhí)行回線偏置功能性可控操作。下面將參照圖4至圖7結(jié)合具體示例更詳細(xì)地描述本發(fā)明。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的矯頑力、偏移場和回線偏移率隨退火時(shí)施加的縱向磁場增大的變化趨勢。圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖。圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的軟磁鐵芯的磁滯回線圖。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的在不同的反向脈沖場下的軟磁鐵芯的磁滯回線圖。示例一將合金成分為Co58Fe5NiltlSi11B16的鈷基非晶薄帶卷繞成內(nèi)徑為20mm、外徑為31mm的環(huán)形鐵芯，并放置在管式熱處理爐內(nèi)進(jìn)行熱處理，熱處理的溫度在350 550°C范圍內(nèi)，熱處理時(shí)間約為O. 5h 6h，熱處理過程中按照圖1A所示并沿非晶薄帶縱向施加靜磁場800A/m，采用沖擊法測試了環(huán)形鐵芯的靜態(tài)磁滯回線和磁性能參數(shù)。圖4為非晶軟磁鐵芯在380°C的溫度下,氫氣保護(hù)氣氛中分別保溫O. 5h、2h、4h和6h后的磁滯回線的中心區(qū)域圖，可以看出，F(xiàn)e5Co58Ni 1(ISi i#16非晶軟磁鐵芯經(jīng)過系列縱向磁場熱處理后，其磁滯回線會有明顯的偏移現(xiàn)象發(fā)生，如果設(shè)定Hcl和Hc2分別是磁滯回線與橫坐標(biāo)H軸的左右兩個(gè)交點(diǎn)，鐵芯實(shí)際矯頑力為Hc = (Hcl+Hc2)/2 ;非對稱磁滯回線的偏移場為Heb = (Hcl-Hc2)/2 ;回線的偏移率為β = Heb/Hc，可以從圖5中看出，隨著退火時(shí)縱向磁場的增強(qiáng)，鐵芯的偏移場和遷移率逐漸變大。示例二將合金成分為Fe65Co15Si5B15的鐵基非晶薄帶繞成內(nèi)徑為20mm、外徑為31mm的環(huán)形鐵芯，并放置在如圖1C所示的雙偏環(huán)形磁場環(huán)境下進(jìn)行熱處理，退火溫度為380°C，保溫時(shí)間分別設(shè)定為5、20、40、60和120分鐘，采用沖擊法測試了環(huán)形鐵芯的靜態(tài)磁滯回線和磁性能參數(shù)。如圖6A所示，熱處理過程中不加磁場情況下得到的鐵芯磁滯回線呈對稱分布，但經(jīng)過雙偏環(huán)形磁場處理后，鐵芯交換偏置特性顯著，圖6B進(jìn)一步給出在雙偏環(huán)形磁場環(huán)境下，熱處理保溫時(shí)間逐漸增加，回線偏置效果逐漸增強(qiáng)的特征。示例三鈷基非晶鐵芯Fe5Co58NiltlSi11B16經(jīng)過磁場熱處理之后，采用沖擊檢流法測得磁滯回線如圖7中的(a)所示，退火態(tài)鈷基軟磁鐵芯的磁滯回線完全偏移至原點(diǎn)右側(cè)，即呈現(xiàn)正偏置特征，且十分明顯。將磁場退火態(tài)鈷基磁芯按照圖2所示方式，在環(huán)形磁芯上纏繞一定匝數(shù)的線圈，然后聯(lián)接在脈沖電源上，隨著反向脈沖電流的輸出，在磁芯內(nèi)部感生出與退火時(shí)施加磁場方向相反的脈沖磁場，通過調(diào)節(jié)反向脈沖電流的大小來控制反向脈沖磁場的量值。每做一次反向磁沖擊之后，取下磁芯，測量其磁滯回線變化。如圖7中的(b)至(f)所示，具備回線偏置特性的鈷基軟磁鐵芯在逐漸增大的反向脈沖磁場的作用下，磁滯回線明顯的漸變過程。反向脈沖磁場為5kA/m時(shí)，磁芯的磁滯回線開始向左移動，偏移場有所減小。隨著繼續(xù)增大反向脈沖磁場，磁芯的磁滯回線偏移逐漸減小，交換偏置現(xiàn)象減弱，當(dāng)反向縱磁沖擊場為8kA/m時(shí)，磁滯回線基本已趨向?qū)ΨQ，交換偏置特性消失，即交換偏移場為零。再繼續(xù)增大反向縱磁沖擊場，如圖7中的(e)和(f)可以看出，鈷基薄帶的磁滯回線會逐漸向左偏移，交換偏置現(xiàn)象再次出現(xiàn)，且隨反向縱磁沖擊場的增大而增大。可以看出，采用反向縱磁沖擊場可以調(diào)控鈷基軟磁鐵芯的交換偏置特性，效果顯著，且可以使磁芯回線的偏置行為從正偏置到負(fù)偏置得到有效控制。雖然已經(jīng)結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的特定實(shí)施例，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對這些實(shí)施例進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)上的修改和改變，本發(fā)明的范圍在權(quán)利要求書及其 等同物中限定。
權(quán)利要求
1.一種制造非晶軟磁鐵芯的方法，該方法包括下述步驟 制造非晶軟磁合金薄帶； 將合金薄帶卷繞成具有預(yù)定尺寸的環(huán)形鐵芯； 對所述環(huán)形鐵芯進(jìn)行靜磁場退火處理； 對靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯進(jìn)行回線偏置功能性可控操作。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，合金薄帶的合金成分為Fe(100—X—y—z)MxSiyBzM，其中，M 為 Co 和 / 或 Ni，M'為 Nb、Cu、Mn、Mo、Ta、W、Au、Cr、V、Sn 和 Al 中的至少一種，其中，O彡X彡70,0彡y彡18,5彡z彡20。
3.如權(quán)利要求1所述的方法,其中，環(huán)形鐵芯的內(nèi)徑為10-20mm，外徑為20_40mm，高為10_20mm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在300-550°C的范圍內(nèi)的溫度下進(jìn)行靜磁場退火處理達(dá)O. 1-6小時(shí)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在靜磁場退火處理的過程中，沿薄帶縱向、橫向或者雙偏環(huán)形方向中的一種或多種施加磁場，其中，磁場大小為0-8kA/m。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在回線偏置功能性可控操作的過程中，沿薄帶縱向施加交變磁場，從而可控地調(diào)制偏置回線，其中，交變磁場的大小在0-12kA/m之間。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在回線偏置功能性可控操作的過程中，沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖磁場，從而可控地調(diào)制偏置回線，其中，所述脈沖磁場的大小在0-16kA/m之間。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在回線偏置功能性可控操作的過程中，沿薄帶橫向施加脈沖磁場，從而可控地調(diào)制偏置回線,其中,所述脈沖磁場的大小在0-160kA/m之間。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在回線偏置功能性可控操作的過程中，采用沿薄帶縱向施加交變磁場、沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖磁場、沿薄帶橫向施加脈沖磁場中的一種或多種。
10.如權(quán)利要求1、6、7、8中的任意一項(xiàng)所述的方法，其中，在0-200°C之間的操作環(huán)境溫度下執(zhí)行回線偏置功能性可控操作。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其中，通過對纏繞在環(huán)形鐵芯上的線圈施加交流電流來實(shí)現(xiàn)沿薄帶縱向施加的交變磁場，其中，所述線圈采用直徑為O.1-1mm的漆包線。
12.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，通過對纏繞在環(huán)形鐵芯上的線圈施加方形脈沖電流來實(shí)現(xiàn)沿薄帶縱向施加與退火靜磁場相反方向的脈沖磁場，其中，方形脈沖為每隔固定時(shí)間對線圈施加一個(gè)直流脈沖，持續(xù)時(shí)間為5至10秒。
13.如權(quán)利要求8所述的方法，其中，通過可控電磁鐵來實(shí)現(xiàn)沿薄帶橫向施加的脈沖磁場，其中，將環(huán)形鐵芯沿橫向放置在可控電磁鐵極頭中心位置，利用電磁鐵產(chǎn)生的橫向磁場對環(huán)形鐵芯做橫向正反沖擊操作，橫向磁場的方向每5至10秒由正向到反向變換。
14.一種利用權(quán)利要求1至權(quán)利要求13中的任意一項(xiàng)所述的方法制造的非晶軟磁鐵-!-HΛ ο
15.如權(quán)利要求14所述的非晶軟磁鐵芯，其中，環(huán)形鐵芯填充系數(shù)大于80%。
16.如權(quán)利要求14所述的非晶軟磁鐵芯，其中，環(huán)形鐵芯在退火操作過程中尺寸不發(fā)生明顯變化。
17.一種由非晶薄帶制成的環(huán)形鐵芯，其特征在于，該鐵芯是以卷繞方式制成的有一定內(nèi)外徑尺寸的環(huán)形磁芯，其中，所述鐵芯的制備原材料快淬非晶薄帶的化學(xué)成分為Fe(1oo-x-y-z)MxSiyBzM/，其中 M 為 Co 和 / 或 Ni，M'為 Nb、Cu、Mn、Mo、Ta、W、Au、Cr、V、Sn、Al中的至少一種，其中，O彡X彡70,0 ^ y ^ 18,5 ^ z ( 20。
18.如權(quán)利要求17所述的環(huán)形軟磁鐵芯，其中，環(huán)形鐵芯的內(nèi)徑為10-20mm，外徑為20-40mm,高為 10_20mm。
19.如權(quán)利要求17所述的環(huán)形軟磁鐵芯，其中，環(huán)形鐵芯的填充系數(shù)大于80%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非晶軟磁鐵芯及其制造方法，所述非晶軟磁鐵芯的制造方法包括下述步驟制造非晶軟磁合金薄帶；將合金薄帶卷繞成具有預(yù)定尺寸的環(huán)形鐵芯；對所述環(huán)形鐵芯進(jìn)行靜磁場退火處理，使其產(chǎn)生交換偏置效果；對靜磁場退火處理后的環(huán)形鐵芯進(jìn)行回線偏置功能性可控操作。利用本發(fā)明的方法制備出的非晶軟磁卷繞鐵芯可以在盡可能小的驅(qū)動電流下獲得最大磁感，從而達(dá)到最優(yōu)工作效果。
文檔編號H01F1/153GK103050210SQ20131000499
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者何峻, 周磊, 王煜, 景永強(qiáng), 趙棟梁 申請人:鋼鐵研究總院