Способ изготовления ленточных магнитопроводов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 17447 бб ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ии инсти" К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(56) Ма. В. М., Огапат С,О, "ЕЕЕ ТгапзМадп", 1980, 16, М 5, 1144 - 1146.цЬогзМу Р., ВесКег Егзйщап Р.,Зойпзоп , ",/оцгпа о 1 Арр Роуз", 1978, 49,М 3, 1769 - 1774,6, Неггег, НЯ. НЫпдег "Лоцгпа Мад.Мад. Мат", 1986, 62, р, 143 - 151. Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к изготовлению магнитных систем трансформаторов, и может быть использовано в высокочастотных (Ы ЫОО кГц) трансформаторах при замене аморфными магнитомягкими сплавами (АММС), характеризующимися низкими потерями на гистерезис и вихревые токи - в.3-5 раз ниже лучших кристаллических магнитомягких сплавов пермаллойного класса. тончайшей ленты электротехнической стали, ферритов.Известны способы изготовления ленточных магнитопроводов, включающие термомагнитную обработку (ТМО ) в продольном (ТМО) или поперечном (ТМО) поле и характеризующиеся тем, что при ТМО ниже точки Кюри в АММС проходят ответственн ые за создание магнитной анизотропии релаксационные процессы структурного 1)5 Н 02 К 15/02, Н 01 Р 41/02(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЕНТОЧНЫХ МАГНИТОПРОВОДОВ(57) Использование: для повышения термостабильности электромагнитных характеристик магнитопроводов из аморфных магнитомягких сплавов с низкими потерями на гистерезис и вихревые токи. Сущность изобретения: на ленту наносят покрытие из электроизоляционного материала, которое обеспечивает коэффициент прямоугольности петли гистерезиса Вг/Вз0,4, Термообработку магнитопровода осуществляют до момента начала процесса кристаллизации аморфного магнитомягкого материала ленты,упорядочения, определяющие высокии уровень магнитных свойств.Известен также отжиг под растягивающим напряжением (г-отжиг), действие которого в сплавах, например, на основе Ре% сравнимо с действием ТМО.Однако применение этих способов тре-с 1 бует либо специальной оснастки при ис пользовании стандартного термического ф оборудования, либо разработки специализированного оборудования для ТМО. При переходе к магнитопроводам значительных размеров, например с внешним диаметром более 300 мм, создание оснастки для ТМО имеет серьезные технические трудности, ограничивающие производительность в условиях массового производства.Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления магнитопроводов, включающий навивку ленты из сплава10 15 20 25 30 35 40 45 50 и отжиг с частичной кристаллизацией ленты, а именно ее поверхностных слоев, Более плотные по сравнению с аморфной матрицей кристаллические слои создают напряжения в ленте и, соответственно, положительные магнитострикционные силы с вектором намагниченности, перпендикулярным плоскости ленты.Однако, известный способ имеет пониженную по сравнению с отрелаксированной без кристаллизации температурную устойчивость и, соответственно, термостабильность электромагнитных характеристик вследствие используемых для получения кристаллических слоев режимов термообработки - температуры и времени отжига; неоеализуемость режимов обработки с пониженной хрупкостью, При этом повышенная хруп кость кристаллических слоев может отрицательно сказываться при использовании открытых конструктивных исполнений магнитопроводов, без герметичных оболочек, в охлаждающих средах,Целью изобретения является улучшение качества магнитопроводов путем повышения термостабильности их электромагнитныхх характеристик.Поставленная цель достигается тем, что в известном:пособе, согласно которому магнитопровод навивают из ленты, выполненной из магнитомягкого сплава, и термообрабатывают их, на ленту наносят покрытие из электроизоляционного материала, обеспечивающее коэффициент прямоугольности петли гистерезиса В/Ва 0,4, а термообработку осуществляют до момента начала процесса кристаллизации материала ленты,Момент начала кристаллизации определяют по диаграмме: температура нагрева - время выдержки - состояние сплава.Диаграмма представляет собой кривую зависимости температуры начала кристаллизации от времени выдержки, которая разделяет области существования аморфной фазы ниже кривой) и частично закристаллизованного сплава (выше кривой). Построение диаграммы для АММС может быть проведено по экспериментальным термограммам дифференциального термического анализа (ДТА) или дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК), снятых при разных скоростях нагрева, по смещению температуры пика тепловыделения, соответствующего кристаллизации, Так как кристаллизация АММС является активационным процессом, описываемым уравнением Аврами,х = 1 - ехр (-Ат"),где х - кристаллизовавшаяся фракция; А - постоянная величина (сопз 1);1 - время;и - порядок реакции,эффективная энергия активации выраженаформулой Еа = - = б 1 п(Чн/Ткр )/с 31/Ткр) Е 2 где Чн - скорость нагрева;Ткр - температура кристаллизации; Й - газовая постоянная.По экспериментально определенным Еа строится необходимая для выбора режима термообработки (ТО) диаграмма: температура нагрева - время выдержки - состояние сплава.В известном способе с частичной кристаллизацией энергия анизотропии в аморфной части ленты АММС, определяющая уровень удельных потерь, прямо пропорциональна толщине кристаллического слоя и может быть оценена по величине отношения Вг/Ва при частоте 1 = 0,1 Гц, пропорциональной отношению толщины кристаллического слоя к общей толщине ленты.В предлагаемом способе также удобно принять для оценки энергии анизотропии и, соответственно, степени влияния наводимых электроизолирующим покрытием напряжений при ТО на релаксационный процесс структурного упорядочения, уровень электромагнитных характеристик, величину коэффициента прямоугольной петли гистерезиса Вг/Ва, Определяемую отношением остаточной индукции к индукции технического насыщения.Результаты экспериментов с различными типами и толщинами электроизолирующих покрытий на ленте АММС 7421(Ре - Я - В - С) показали, что для обеспечения требуемой близости к уровню удельных потерь РтмоРуд/Ртмо Ы,З требуется обеспечение за счет наводимых покрытием напряжений Вг/Ва 0,4; Руд - получаемый уровень удельных потерь в результате реализации предлагаемого способа при ТО; Ртмо, - уровень удельных потерь при Тмо,Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.П р и м е р 1. Из ленты сплава 7421 толщиной 25 мкм, поведение которого при ТО и ТМО является типичным для группы сплавов металлоидов на основе Ее, Ю (основной группы АММС, перспективной для электротехнических применений), изготовлен кольцевой ленточный сердечник с внешним диаметром 50 мм, внутренним диаметром 40 мм, высотой 10 мм, с односторонним электроизолирующим покрытиемиз окиси магния толщиной 10 мкм,нанесенным методом катафореза.Далее провели термообработку по следующей циклограмме; нагрев до 390 С соскоростью 20 град/мин; выдержка 6 мин;охлаждение со скоростью 8 град/мин,По квазистатическим петлям гистерезиса, снятым при частоте 1=0,1 Гц, определенкоэффициент прямоугольности петли гистерезиса Вг/Вз=0,18, .На испытательном стенде. включающем генератор ГЗ - 33, усилитель мощностии электронный ваттметр, определены удельные потери в стали (Руд) при индукции Вт ==1,0 Тл и разных частотах. При 1 = 1 кГц(Руд)1,0/1000=3,41 Вт/кГ; при 1 =.- 3 кГц (Руд)1,0/3000 = 13,6 Вт/кГ,Ожидаемые удельные потери при ТМО(Ртмо ) соответственно равны 3,2 и 14Вт/кГ.П р и м е р 2. Из ленты сплава 7421толщиной 25 мкм аналогично изготовленмагнитопровод внешним диаметром 230мм, внутренним диаметром 150 мм. высотой20 мм с односторонним катафорезным покрытием из окиси магния толщиной 3 мкм,Магнитопровод предназначен для магнитной системы высокочастотного трансформатора системы высоковольтного электропитания электрофизической установки.Термообработка образца проведена последующей циклограмме; нагрев до 400 Ссо скоростью 15 град/мин; охлаждение до200 С со скоростью 20 град/мин: дальнейшее охлаждение со скоростью 5 град/мин,Определены удельные потери в стали (Руд)при индукции Вт=5,0 Тл и разных частотах,При 1=1 кГц(Руд) 0,5/10001.58 Вт/кГ; при1 = 3 кГц (Руд) 0,5/3000 =- 5,55 Вт/кГ, ТогдаРуд/Ртмо = 1,13; В/В = 0,3,Таким образом, при олщине электроизолирующего покрытия 3 мкм (пример 2)достигается более высокий коэффициентзаполнения, чем при толщине покрытия 10мкм (пример 1).П р и м е р 3. Из ленты сплава 7421толщиной 25 мкм зналогиц п пр пи пущимпримерам изготовлен магнитопровод внешним диаметром 110 мм, внутренним -90 мм,высотой 20 мм с односторонним покрытиемиз окиси магния толщиной 2.5 мкм, Термообработка образца проведена по следующей циклограмме; нагрев до 410 С соскоростью 13,5 град/мин, выдсркка 3 мин,охлаждение до 150 С со ск "рпстью 10град/мин. Определены удельные потери встали (Руд) при индукции В-.0.5 Тл при разных частотах. При 1 = 1 кГц. Р,д 1.0/1000 =большинстве случаев необходимой операцией для получения магнитопроводов АММС с требуемыми характеристиками, целесообразно использование типов и толщинпокрытий. максимально упрощающих процесс дал ьнейшей обработки. 40 Ф Ормула изобретения Способ изготовления ленточных магнитоп. э; Одов, согласно которому магнитопровод навивают из ленты, выполненной из аморфного магнитомягкого сплава, и термообрабатывают, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения качества магнитопрсводов путем повышения термостабильности их электромагнитных характеристик, на лент наносят покрытие из электроизоляцизнноко матЕрИава, ОбЕСПЕЧИВаЮщЕЕ КО- эффи циент прямоугольности петли гистерезиса Вг/Вв0,4, а термообработку осуществляют до момента начала процесса кр;стэллизации материала ленты. 45 50 55= 1,44; В/В .= 0,45,Анализируя результаты изложенныхпримеров, можно сделать вывод, что даль 5 нейшее уменьшение толщины ( 3 мкм) электроизолирующего покрытия ведет к ростукоэффициента прямоугольности петли гистерезиса Вг/В 0,4 и, соответственно, кувеличению отношения уровня удельных10 потерь при ТО и ТМО, Руд/Ртмо1,3, чтонарушает технологические допуски при взаимозаменяемости способов ТО и ТМО.Следовательно, оптимальным являетсяизготовление магнитопровода, приведен 15 ное в примере 2,Таким образом, выполнение соотношения В/В 0,4 и Руд/Ртмо 1,3 позволяет .получить более высокий коэффициент заполнения, соблюсти технологические допу 20 сти по взаимозаменяемости способов ТО иТМО и в целом улучшить технологию изготовления ленточных магнитопроводов изаморфных сплавов.Изобретение позволяет в результате за 25 мены ТМО на ТО использовать стандартноеоборудование термических цехов машиностроительных предприятий для оптимизации электромагнитных характеристикнавитых магнитопроводов из АММС с эко 30 номией электроэнергии, трудозатрат, а дляма нитопроводов больших размеров является одним из немногих реальных способовобработки, применимых в условиях массового производства.35 Так как нанесение электроизолирующео покрытия на ленту АММС является в