Жесткий ленточный сердечник и способ его производства

 

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам для ленточных сердечников с линейной кривой намагничивания, которые используются в дросселях помехоподавляющих фильтров. Сердечники дросселей должны иметь высокое значение максимального магнитного поля, в пределах которого магнитная проницаемость практически не изменяется. Жесткий ленточный сердечник по данному изобретению выполнен из магнитного сплава, который имеет частично кристаллизованную аморфную структуру, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший неорганический клей. В качестве магнитного сплава предложены сплавы на основе железа, имеющие большую величину константы магнитострикции. Объемная доля кристаллической фазы не превышает 50% распределена в поверхностном слое ленты, а в качестве неорганического клея используют силикат натрия. Способ производства включает смотку ленты в сердечник, его пропитку и отжиг, причем пропитку осуществляют неорганическим клеем, а отжиг проводят так, чтобы магнитный сплав имел частично кристаллизованную аморфную структуру. 2 с. и 14 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, а именно к магнитным сплавам для ленточных сердечников с линейной кривой намагничивания. Сердечники с линейной кривой намагничивания используют в дросселях помехоподавляющих фильтров. Сердечники дросселей должны иметь высокое значение максимального магнитного поля, в пределах которого магнитная проницаемость практически не изменяется.

Известен сердечник для дросселя фильтров, изготовленный из магнитомягкого феррита.

Однако ферриты имеют низкую индукцию насыщения и невысокое максимальное магнитное поле. К недостаткам ферритов относится также нелинейность кривой намагничивания и, как следствие, непостоянство магнитной проницаемости при измерении величины магнитного поля. Кроме того, из-за низкой температуры Кюри ≈200^оС ферриты имеют низкую температурную стабильность.

Известно также использование аморфных сплавов для изготовления сердечников дросселей. В этих сердечниках постоянство магнитной проницаемости достигается за счет разреза ленточного сердечника.

Недостатком сердечника с разрезом является значительная нелинейность кривой намагничивания в области слабых магнитных полей, неоднородность магнитного поля вблизи разреза и повышенная трудоемкость в изготовлении.

Сердечник, выбранный в качестве прототипа, изготовлен из аморфного сплава с положительной константой магнитострикции. После отжига сердечник пропитывают эпоксидной смолой и сушат при температуре не выше 150^оС. За счет внутренних напряжений, создаваемых эпоксидной смолой, кривая намагничивания сердечника сглаживается. Пропитка эпоксидной смолой позволяет достигнуть и второй цели, а именно, получить жесткий сердечник. Жесткий сердечник можно использовать без каркаса, что упрощает технологию изготовления дросселя.

Недостатком сердечника-прототипа является недостаточно сильное сглаживание кривой намагничивания. Так, в области до 200 А/м магнитная проницаемость снижается в четыре раза, а в области до 800 А/м уже в десять раз. Кроме того, использование для пропитки органического клея не позволяет проводить конечную термообработку при высокой температуре, а это снижает температурную стабильность готового изделия.

Указанные недостатки отсутствуют в ленточном сердечнике из магнитного сплава с линейной кривой намагничивания, в котором магнитный сплав имеет частично кристаллизованную аморфную структуру, а в межвитковом пространстве сердечника находится отвердевший неорганический клей. В таком сердечнике сжимающие напряжения в магнитном материале создают как кристаллиты, так и неорганический клей. При локализации кристаллитов в поверхностном слое аморфной ленты возникают плоскостные напряжения, которые более эффективно сглаживают кривую намагничивания при сохранении высокого уровня магнитной проницаемости. Неорганическим клеем пропитывают неотожженный сердечник. Отвердение клея при отжиге способствует стабилизации процесса кристаллизации аморфного сплава. Так как отвердение и кристаллизация протекают при высокой температуре, готовый сердечник имеет высокую температурную стабильность.

В качестве магнитного материала можно использовать аморфные сплавы, обладающие высокой индукцией насыщения и положительной константой магнитострикции. Сплавы на основе железа могут содержать компоненты при следующем соотношении: один или несколько компонентов из группы, содержащей Mn, Cr, Mo, W, V, Nb, Ta, Ti, Zr, Hf в количестве 0,1-15 ат. один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B,C, P в количестве 15-30 ат. или один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B, C, P в количестве 15-30 ат. Со и/или Ni в количестве 0,1-30 ат. или один или несколько компонентов из группы, содержащей Si, B, C, P в количестве 15-30 ат.

Объемная доля кристаллической фазы в аморфной ленте не должна превышать 50% В противном случае резко возрастает коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса. Близкой к оптимальному является объемная доля кристаллитов 0,1-10% причем кристаллы должны быть распределены в поверхностном слое аморфной ленты.

В качестве неорганического клея предпочтительно использовать клеи на основе силиката натрия, которые обладают хорошей адгезией к поверхности аморфной ленты.

Известен способ производства жесткого ленточного сердечника из магнитного сплава с линейной кривой намагничивания, включающий смотку ленты, пропитку сердечника и отжиг.

Предлагаемый способ отличается тем, что сердечник пропитывают неорганическим клеем, а отжиг производят так, чтобы магнитный сплав имел частично кристаллизованную аморфную структуру.

В предлагаемом способе в качестве магнитного сплава можно использовать аморфные сплавы на основе железа. В качестве неорганического клея предпочтительно использовать клеи на основе силиката натрия. Существенное отличие предлагаемого способа заключается в том, что пропитку сердечника производят до отжига. В результате последующего высокотемпературного отжига формируется жесткий ленточный сердечник с линейной кривой намагничивания. Предпочтительно, чтобы отжиг содержал стадию сушки при температуре не выше 100^оС. Температурно-временной режим термической обработки выбирают так, чтобы объемная доля кристаллической фазы не превышала 50% а предпочтительно составляла 0,1-10% причем кристаллиты должны быть распределены в поверхностном слое ленты магнитного сплава.

На чертеже показана зависимость дифференциальной магнитной проницаемости μ_g от величины постоянного подмагничивающего поля Н_о для сердечников, изготовленных по предлагаемой технологии (кривые 1 и 2), и сердечника-прототипа (кривая 3).

П р и м е р ы. В индукционной вакуумной печи выплавляли сплав Fe₇₇, Ni₁ Si₉B₁₃. Разливку расплава производили на установке "Сириус 150/0, 02М". Толщина полученной быстрозакаленной ленты составляла 25±3 мкм. Сердечники из этой ленты пропитывали водным раствором силиката натрия с плотностью 1300 кг/м³. Затем проводили сушку при 90^оС и окончательный отжиг при 450^оС 1 ч. Размер сердечников 32 х 20 мм и высота 10 мм. На чертеже представлены зависимости дифференциальной магнитной проницаемости μ_g, измеренной при частоте переменного тока 1000 Гц, от величины постоянного подмагничивающего поля Н_о для сердечников, изготовленных по предлагаемой технологии (кривые 1 и 2). Для сравнения приведены данные для сердечника прототипа (кривая 3), в котором пропитку проводили органическим клеем после отжига сердечника. Из чертежа следует, что предлагаемый сердечник по сравнению с прототипом имеет большее значение максимального магнитного поля, в пределах которого дифференциальная магнитная проницаемость остается постоянной.

В табл. 1 представлены результаты испытания жестких сердечников, пропитанных силикатом натрия и отожженных при различных температурно-временных режимах. Из табл. 1 следует, что с увеличением времени или температуры отжига растет объемная доля кристаллической фазы. При отсутствии кристаллической фазы (сердечник 1) коэффициент прямоугольности петли магнитного гистерезиса превышает 0,1. Также коэффициент прямоугольности растет при избыточном объеме кристаллической фазы. Несмотря на то, что максимальное магнитное поле в сердечниках 4 и 5 превышает 1000 А/м, большая величина остаточной намагниченности не позволяет использовать их в качестве сердечников дросселей фильтров. Оптимальным является присутствие в аморфном сплаве небольшой доли кристаллической фазы.

В табл. 2 приведены примеры использования различных сплавов для изготовления сердечников с линейной кривой намагничивания. Отжиг сердечников после пропитки водным раствором силиката натрия проводили по оптимальным режимам для каждого сплава. Из табл. 2 следует, что в качестве магнитного материала сердечников фильтров пригодна большая группа аморфных сплавов на основе железа.

Формула изобретения

1. Жесткий ленточный сердечник, выполненный из магнитного сплава, с линейной кривой намагничивания, отличающийся тем, что он выполнен из магнитного сплава, имеющего частично кристаллизованную аморфную структуру, а в межвитковом пространстве сердечника расположен отвердевший неорганический клей.

2. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из магнитного сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, титан, цирконий, гафний 0,1 - 15,0 Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30 Железо Остальное 3. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из магнитного сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30 Один или два компонента из группы, содержащей кобальт и никель 0,1 - 30,0 Железо Остальное 4. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из магнитного сплава, содержащего компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30 Железо Остальное 5. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из сплава, объемная доля кристаллической фазы в структуре которого не превышает 50%
6. Сердечник по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен из сплава, кристаллическая фаза распределена в поверхностном слое ленты магнитного сплава, а ее объемная доля составляет 0,1 10%
7. Сердечник по п.1, отличающийся тем, что в качестве неорганического клея используют клей на основе силиката натрия.

8. Способ производства жесткого ленточного сердечника из магнитного сплава, включающий смотку ленты в сердечник, пропитку сердечника и его отжиг, отличающийся тем, что сердечник пропитывают неорганическим клеем, а отжиг осуществляют до получения в магнитном сплаве частично кристаллизованной аморфной структуры.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что отжигу подвергают магнитный сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей марганец, хром, молибден, вольфрам, ванадий, ниобий, тантал, титан, цирконий, гафний 0,1 - 15,0
Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30
Железо Остальное
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что отжигу подвергают магнитный сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30
Один или два компонента из группы, содержащей кобальт и никель 0,1 - 30,0
Железо Остальное
11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что отжигу подвергают магнитный сплав, содержащий компоненты в следующем соотношении, ат.

Один или несколько компонентов из группы, содержащей кремний, бор, углерод, фосфор 15 30
Железо Остальное
12. Способ по п.8, отличающийся тем, что в качестве неорганического клея используют клей на основе силиката натрия.

13. Способ по п.8, отличающийся тем, что отжиг проводят после пропитки сердечника.

14. Способ по п.13, отличающийся тем, что перед отжигом дополнительно проводят сушку при температуре не выше 100^oС.

15. Способ по п.8, отличающийся тем, что температуру и время отжига выбирают так, чтобы объемная доля кристаллической фазы в структуре сплава не превышала 50%
16. Способ по п.8, отличающийся тем, что температуру и время отжига выбирают так, чтобы кристаллическая фаза в структуре сплава распределялась в поверхностном слое ленты магнитного сплава, а ее объемная доля составляла 0,1 10%

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3