一種用于節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料及其制備方法。該合金材料由以下原子配比的合金制成：（Fe1-x-yAlxNiy）1-a-b-c（Si1-zNbz）aBbCc，其中x=0.23-0.35，y=0.12-0.15，z=0.3-0.33，a=0.23-0.27，b=0.05-0.07，c=0.02-0.03。該方法包括如下步驟：（1）制備合金；（2）材料熱處理。本發(fā)明制備的導(dǎo)磁合金，采用Al和Ni替代部分Fe以提高材料的導(dǎo)磁性能，摻雜C和Nb提高了材料的磁飽和強度，摻雜Si、B等非金屬元素，來提高材料的電阻率。因此，該材料用于節(jié)能電機的導(dǎo)條時，具有較好的磁性能和較低的能量損耗。
【專利說明】一種用于節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料及其制備方法
所屬【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉一種用于節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著工業(yè)化進程加速，能源問題已成為當(dāng)代社會的焦點問題，節(jié)能材料的研究已經(jīng)成為材料研究的一個重要方面。電機作為各類機械的重要基礎(chǔ)部件之一，其效率高低對節(jié)約能源乃至經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展有著重大影響。
[0003]在一些新型節(jié)能異步電機或高性能自起動永磁電機的轉(zhuǎn)子導(dǎo)條設(shè)計中，需要采用一些新型合金材料，既要有一定的導(dǎo)電率，同時又具有一定的導(dǎo)磁率。當(dāng)電機在起動過程中，轉(zhuǎn)子從靜止開始加速旋轉(zhuǎn)，定子電流形成的磁場與轉(zhuǎn)子之間以較高的相對運動速度運動，因此此時轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的頻率接近定子電流頻率，轉(zhuǎn)子鐵心中磁場的交變頻率也接近定子電流頻率。由于轉(zhuǎn)子的集膚效應(yīng)，當(dāng)頻率較高時，磁場在轉(zhuǎn)子中的透入深度比較淺，也就是說從轉(zhuǎn)子鐵心表面開始往轉(zhuǎn)子內(nèi)部隨著深度的增加，磁場逐漸變小。這樣使得轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流主要集中在導(dǎo)條靠近轉(zhuǎn)子鐵心表面的區(qū)域，越往轉(zhuǎn)子內(nèi)部，導(dǎo)條中電流密度越小，使轉(zhuǎn)子的等效電阻變大，從而減小了電機起動時的定子電流。根據(jù)異步電機的工作原理，轉(zhuǎn)子電阻在一定范圍內(nèi)增大，使電機的起動轉(zhuǎn)矩得到提高。隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的不斷增大，轉(zhuǎn)子中磁場的交變頻率逐漸降低，集膚效應(yīng)越來越不明顯，轉(zhuǎn)子導(dǎo)條中的電流密度逐漸趨于均勻分布，轉(zhuǎn)子的等效電阻變小，使帶一定負載的電機異步運行的機械特性的斜率變小，對于異步電機效率得到提高；對于自起動永磁電機，更容易把電機牽入同步狀態(tài)，提高了永磁電機牽入同步的能力。
[0004]因此，需要提供一種導(dǎo)磁合金材料，其具有較高的導(dǎo)磁率和電阻率，以滿足節(jié)能電機導(dǎo)條的上述需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種用于節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料及其制備方法，導(dǎo)磁合金材料，具有優(yōu)異的導(dǎo)磁性能和高電阻率。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料，其特征在于該合金材料由以下原子配比的合金制成:(Fe1^yAlxNiy) (Si1^zNbz) aBbC。，其中x=0.23-0.35，y=0.12-0.15，z=0.3-0.33，a=0.23-0.27，b=0.05-0.07，c=0.02-0.03。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，并發(fā)明還提供了一種上述導(dǎo)磁合金材料的的制備方法，該方法包括如下步驟:
[0008](1)制備合金
[0009]按照上述原子配比將原材料混合，置于磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空下進行，熔煉溫度為1450-1480°C下冶煉，反復(fù)熔煉3-5次，每次磁力攪拌l_3min，熔煉完成后注到水冷銅模中得到合金鑄錠，其中元素Fe、Al、N1、Nb、S1、C、B采用純度不低于99.9%的原料；
[0010]將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，在甲烷和H2混合氣氛保護下，將熔融合金噴射到輥速為20-30m/s銅輥上快速急冷，噴射壓強為1-1.5Mpa，非晶態(tài)合金薄帶，其中，混合氣氛的比例由流量閥精確控制，且兩者流量體積比嚴(yán)格限制在甲烷=H2=I:3-1:4 ；
[0011](2)材料熱處理
[0012]將上述合金薄帶設(shè)計尺寸堆疊切割成預(yù)成型件，在氬氣保護下，以5-10°C /min的升溫速度升溫至850-900°C，保溫3-5h后，以10_15°C /min的降溫速度等溫退火至室溫，得到本發(fā)明的導(dǎo)磁合金材料。
[0013]本發(fā)明制備的導(dǎo)磁合金，采用Al和Ni替代部分Fe以提高材料的導(dǎo)磁性能，摻雜C和Nb提高了材料的磁飽和強度，摻雜S1、B等非金屬元素，來提高材料的電阻率。因此，該材料用于節(jié)能電機的導(dǎo)條時，具有較好的磁性能和較低的能量損耗。
【具體實施方式】
[0014]實施例一
[0015]本實施例的節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料，由以下原子配比的合金制成:
(Fe0.65-AI 0.23附0.12 ) 0.7 ( Si(|.7 ^b0.3)0.23^0.05。0.02。
[0016]按照上述原子配比將原材料混合，置于磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空下進行，熔煉溫度為1450°C下冶煉，反復(fù)熔煉5次，每次磁力攪拌3min，熔煉完成后注到水冷銅模中得到合金鑄錠，其中元素Fe、Al、N1、Nb、S1、C、B采用純度不低于99.9%的原料。
[0017]將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，在甲烷和H2混合氣氛保護下，將熔融合金噴射到輥速為20m/s銅輥上快速急冷，噴射壓強為IMpa，非晶態(tài)合金薄帶，其中，混合氣氛的比例由流量閥精確控制，且兩者流量體積比嚴(yán)格限制在甲烷=H2=1:3。
[0018]將上述合金薄帶設(shè)計尺寸堆疊切割成預(yù)成型件，在氬氣保護下，以5°C /min的升溫速度升溫至850°C，保溫5h后，以10°C /min的降溫速度等溫退火至室溫，得到本發(fā)明的導(dǎo)磁合金材料。
[0019]實施例二
[0020]本實施例的節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料，由以下原子配比的合金制成:
(Fe1-X-JfAli135Nii115) 0.63 (Si0.67Nb0.33) ο.27B0.07C0.03。
[0021]按照上述原子配比將原材料混合，置于磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空下進行，熔煉溫度為1480°C下冶煉，反復(fù)熔煉3次，每次磁力攪拌lmin，熔煉完成后注到水冷銅模中得到合金鑄錠，其中元素Fe、Al、N1、Nb、S1、C、B采用純度不低于99.9%的原料。
[0022]將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，在甲烷和H2混合氣氛保護下，將熔融合金噴射到輥速為30m/s銅輥上快速急冷，噴射壓強為1.5Mpa，非晶態(tài)合金薄帶，其中，混合氣氛的比例由流量閥精確控制，且兩者流量體積比嚴(yán)格限制在甲烷:H2=1:4。
[0023]將上述合金薄帶設(shè)計尺寸堆疊切割成預(yù)成型件，在氬氣保護下，以10°C /min的升溫速度升溫至900°C，保溫3h后，以15°C /min的降溫速度等溫退火至室溫，得到本發(fā)明的導(dǎo)磁合金材料。
[0024]比較例[0025]采用如下配料:按銅14_20wt %，硅 0.25-0.35wt %,錳 0.8-0.9wt %,磷≤0.2wt%，硫≤0.03wt%，鋁0.35-0.45wt%，碳0.1-0.05wt%，其余為鐵。采用用感應(yīng)爐熔化；首先熔化爐中加入工業(yè)純鐵，在1680-1700°C之間脫碳，直到碳量達到0.05wt% ;當(dāng)采用酸性爐襯時，在鐵熔化后加入合金材料總重量0.35wt%的錳鐵，以便脫氧，經(jīng)3-5分鐘后，在爐中加入銅；每次加入批量不超過加銅總量的10wt%以防金屬冷卻，全部銅熔化后應(yīng)加入合金材料總重量0.3wt%磷銅，以便脫氧，為進行最后的脫氧處理，還應(yīng)第二次加入合金材料總重量0.3wt%的錳鐵，加入錳鐵后過3-5分鐘再加入合金材料總重量0.2wt%的硅鐵；在將合金倒入澆倉之前，向合金液中加入合金材料總重量0.2wt%的鋁。澆鑄，將澆包提前加熱到400°C ;然后再倒入合金液，開始澆鑄時合金溫度為1550°C，造型必須用完全干燥的砂模，為控制化學(xué)成份和結(jié)構(gòu)應(yīng)澆出相應(yīng)的試樣，為保證鑄件的質(zhì)量，應(yīng)留有足夠的澆口 ；自然冷卻后用鋸掉的辦法清理澆口，不可用氣焊。熱處理退火，將鑄件加溫度至800°C，保溫6小時，隨爐冷卻。鍛造和切割:為保證組織更加致密，將鑄件進行鍛造，開鍛溫度為850°C ;然后用線切割所需的尺寸和形狀。
[0026]對相同形狀和尺寸的實施例1-2及比較例的導(dǎo)磁合金材料進行磁性能測試以及損耗測試，在25°C進行測試，(I)損耗測量采用SY8232B-H測試儀，測試條件為磁感1.5T，頻率為50Hz，記為P14/5(l。(2)合金的飽和磁感應(yīng)強度Bs采用靜態(tài)磁性能測量儀，以磁場為1000A/m下的磁感應(yīng)強度作為合金的飽和磁感應(yīng)強度Bs。測試結(jié)果顯示:實施例1-2的損耗相對比較例降低15%以上，飽和磁感應(yīng)強度相對比較例提高20-25%以上。
【權(quán)利要求】
1.一種節(jié)能電機的導(dǎo)磁合金材料，其特征在于該合金材料由以下原子配比的合金制成:(Feh_yAlxNiy) (Si1^zNbz) aBbCc，其中 χ=0.23-0.35，y=0.12-0.15，z=0.3-0.33，a=0.23-0.27, b=0.05-0.07,c=0.02-0.03。
2.一種如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)磁合金材料的制備方法，該方法包括如下步驟: (O制備合金 按照上述原子配比將原材料混合，置于磁懸浮熔煉爐中熔煉，熔煉在真空下進行，熔煉溫度為1450-1480°C下冶煉，反復(fù)熔煉3-5次，每次磁力攪拌l_3min，熔煉完成后注到水冷銅模中得到合金鑄錠，其中元素Fe、Al、N1、Nb、S1、C、B采用純度不低于99.9%的原料；將鑄錠置于真空中頻速凝感應(yīng)爐中，抽真空，通入氬氣，待原材料全部熔化后施以電磁攪拌精煉，在甲烷和H2混合氣氛保護下，將熔融合金噴射到輥速為20-30m/s銅輥上快速急冷，噴射壓強為1-1.5Mpa，非晶態(tài)合金薄帶，其中，混合氣氛的比例由流量閥精確控制，且兩者流量體積比嚴(yán)格限制在甲烷=H2=I:3-1:4 ； (2)材料熱處理 將上述合金薄帶設(shè)計尺寸堆疊切割成預(yù)成型件，在氬氣保護下，以5-10°C /min的升溫速度升溫至850-900°C，保溫3-5h后，以10_15°C /min的降溫速度等溫退火至室溫，得到本發(fā)明的導(dǎo)磁合金材 料。
【文檔編號】H01F1/147GK103820690SQ201410064153
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】劉洋 申請人:劉洋