Жесткий ленточный сердечник с высокой магнитной проницаемостью

 

Использование: для изготовления ленточных сердечников, которые используют в силовых трансформаторах источников вторичного питания и высокочастотных трансформаторах различного назначения. Сущность изобретения: жесткий ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа с высокой магнитной проницаемостью выполнен из сплава, содержащего компоненты при следующем соотношении, ат. медь 0,5 2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий, в количестве 2-5; кремний 5-18; бор 4-12, железо остальное, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший клей. 11 з.п. ф-лы, 5 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам на основе железа, предназначенным для изготовления ленточных сердечников, которые, в свою очередь, используют в силовых трансформаторах источников вторичного питания и высокочастотных трансформаторах различного назначения.

Известен жесткий ленточный сердечник из аморфного магнитного сплава на основе железа с пропиткой эпоксидным клеем, который имеет магнитную проницаемость порядка 10³. Сердечник изготовлен из ленты аморфного сплава с положительной константой магнитострикции 30 ˙ 10^-6. Поэтому после пропитки и сушки сердечника сжимающие напряжения вызывают снижение магнитной проницаемости.

В качестве прототипа выбран жесткий ленточный сердечник из аморфного сплава на основе железа, имеющего формулу (Fe_1-aM_a)_100-x-4Si_xB_y, где М хотя бы один компонент из группы переходных металлов и РЗМ, причем а=0-0,1; х ≅ 19; у= 5-25; (х+у)=15-30. Сердечник пропитан лаком на основе денатурированного алкилсиликата и имеет высокую магнитную проницаемость.

Целью изобретения является повышение магнитной проницаемости жесткого ленточного сердечника из магнитного сплава на основе железа. Предлагается жесткий ленточный сердечник из магнитного сплава на основе железа с высокой магнитной проницаемостью, в котором сплав содержит компоненты при следующем соотношении, ат. медь 0,5-2,0; один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий, в количестве 2-5; кремний 5-18; бор 4-12; железо остальное, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший клей.

Для получения наиболее высокой магнитной проницаемости необходимо, чтобы структура сплава не менее чем на 50% состояла из кристаллов размером менее 100 нм. Предпочтительно также, чтобы содержание кремния составляло 12-15 ат. а содержание бора составляло 8-10 ат.

Наиболее высокая магнитная проницаемость после отжига на воздухе получается в сердечнике, изготовленном из магнитного сплава, содержащего компоненты, формирующие на поверхности ленты пленку из оксидов молибдена, хрома или вольфрама. Такая оксидная пленка толщиной не менее 5 нм предотвращает внутреннее окисление сплава, что позволяет достигнуть высокого уровня магнитной проницаемости. Предпочтительно, чтобы сплав содержал одновременно молибден и ниобий, причем содержания молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий составляло 0,1-1,0, а еще лучше 0,5.

Использование неорганического клея, в частности клея на основе силиката натрия, выдерживающего повышенную температуру отжига, позволяет проводить пропитку сердечника до отжига, формирующего оптимальную структуру сплава. Отжиг после пропитки частично снимает внутренние напряжения в сердечнике, что позволяет достигнуть высокой магнитной проницаемости. Кроме того, после высокотемпературного отжига сердечник обладает повышенной термостабильностью.

Сердечник, изготовленный из сплава, содержащего кремний в количестве 14-17 ат. и бор в количестве 6-8 ат. имеет слабую чувствительность к сжимающим напряжениям благодаря низкой константе магнитострикции (менее 2 ˙10^-6). Поэтому пропитку такого сердечника можно проводить после окончательного отжига и использовать для этой цели органические клеи. Для изготовления сердечника с повышенной индукцией насыщения необходимо, чтобы сплав содержал 7-11 ат. кремния и 9-11 ат. бора.

П р и м е р ы. Сердечники размером 32х20х10 мм навивали из ленты толщиной 25 ± 3 мкм и пропитывали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³. Сушку проводили при 90^оС в течение 1 ч. В табл.1 приведены результаты испытания сердечников, изготовленных из сплавов Fe_72,5Cu₁Nb₂M₂Si_13,5B₉, где М Nb, Ta, W, Mo, Cr, V. Отжиг проводили по оптимальному для каждого сплава режиму. Из табл.1 следует, что наиболее высокая магнитная проницаемость получается в сердечниках, изготовленных из сплава, в котором присутствуют молибден, хром, вольфрам.

В табл.2 представлены результаты испытания сердечников, изготовленных из сплава Fe_75,5-bCu₁(Mo_xNb_1-x)_bSi_13,5B₉ и пропитанных клеем на основе силиката натрия. Из нее следует, что оптимальным является отношение молибдена к сумме компонентов молибден и ниобий 0,5.

В табл.3 приведено сравнение магнитных свойств сердечников из сплава Fe_73,5Cu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_13,5B₉ и сплава Fe₇₈Ni₁Si₉B₁₂, использованного для изготовления сердечника-прототипа. Сердечники пропитывали водным раствором силиката натрия, а отжиг проводили по оптимальному для каждого сердечника режиму.

В табл. 4 приведены результаты испытания сердечников из сплава Fe_96-y-zCu₁Mo_1,5Nb_1,5Si_yB_z после пропитки клеем на основе силиката натрия и отжига по оптимальному режиму. Из нее следует, что для получения сердечников с повышенной индукцией насыщения необходимо снижать содержание кремния и бора в сплаве.

В табл. 5 приведены результаты испытания сердечников из сплава Fe_76-y-zCu₁Mo_0,5Nb_1,5Si_yB_z после отжига по оптимальному режиму и после пропитки этих сердечников органическим клеем на основе эпоксидной смолы и полиэтиленполиамида в соотношении 9:1 и сушки при 90^оС. Из табл.5 следует, что с увеличением отношения кремния к бору чувствительность магнитной проницаемости к сжимающим напряжениям снижается. При этом наилучшие магнитные свойства достигаются при содержании кремния в интервале 14-17 ат. бора 6-8 ат.

Формула изобретения

1. ЖЕСТКИЙ ЛЕНТОЧНЫЙ СЕРДЕЧНИК С ВЫСОКОЙ МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТЬЮ, выполненный из магнитного сплава, содержащего медь, кремний, бор, один или более компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром и ванадий, и железо, отличающийся тем, что он содержит компоненты при следующем соотношении, ат.

Медь 0,5 2,0 Кремний 5 18 Бор 4 12 Один или несколько компонентов из группы, содержащей ниобий, тантал, вольфрам, молибден, хром, ванадий 2 5 Железо Остальное а в межвитковом пространстве сердечника расположен отвердевший клей.

2. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что структура сплава не менее чем на 50% состоит из кристаллов размером менее 100 нм.

3. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что магнитный сплав содержит медь, молибден, ниобий, кремний, бор, железо.

4. Ленточный сердечник по п.3, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме содержания молибдена и ниобия составляет 0,1 1,0.

5. Сердечник по п.3, отличающийся тем, что отношение содержания молибдена к сумме содержания молибдена и ниобия составляет 0,5.

6. Сердечник по п.3, отличающийся тем, что на поверхности ленты магнитного сплава расположена пленка оксида молибдена толщиной не менее 5 нм.

7. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что магнитный сплав содержит медь, ниобий, хром и/или вольфрам, кремний, бор, железо.

8. Сердечник по п.7, отличающийся тем, что на поверхности ленты магнитного сплава расположена пленка оксида хрома или вольфрама толщиной не менее 5 нм.

9. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что содержание кремния составляет 14 17 ат. а содержание бора 6 -8 ат.

10. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что содержание кремния составляет 12 15 ат. а содержание бора 8 10 ат.

11. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что содержание кремния составляет 7 11 ат. а содержание бора 9 11 ат.

12. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что в межвитковом пространстве расположен отвердевший клей на основе силиката натрия.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2