Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к магнитомягким аморфным сплавам, и может быть использовано в электротехнических устройствах, например в магнитопроводах и высокочастотных трансформаторах. Предложен аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, содержащий железо, никель, легирующие компоненты и аморфизаторы в виде кремния и бора, при следующем соотношении компонентов, ат.%: кобальт 58 - 66; никель 2 - 9; железо 3,0 - 4,2; кремний 13 - 14; бор 12- 12,8, и легирующие компоненты: марганец 0,8 - 2,2; хром 1,3- 1,5. При этом суммарное содержание кобальта и никеля составляет 67,1 - 68,3 ат.%. Суммарное содержание железа и марганца составляет 5,0- 5,2 ат.%.Суммарное содержание хрома, кремния и бора 26,5 - 27,9 ат.%. Техническим результатом изобретения является возможность повышения КПД высокочастотных трансформаторов. 3 з.п.ф-лы, 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к химическому составу аморфных магнитомягких сплавов.

Наиболее близким техническим решением является аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, описываемый формулой Co_aFe_bNi_cM_dSi_eB_f, в которой a = 65,5...70,5; b = 3,8...4,5; c = 0...3; d = 1...2; e = 14...15; и f = 10... 12 ат. %, а M - легирующие элементы, в состав которых входят ванадий, хром, молибден, ниобий, вольфрам и марганец [1].

Однако наиболее близкое техническое решение имеет существенный недостаток, так как не может обеспечивать высокую магнитную проницаемость и вследствие этого непригоден для ряда трансформаторов типа So по стандарту JSDN.

Задачей изобретения является повышение КПД электротехнических устройств, в частности высокочастотных трансформаторов, использующих аморфные магнитомягкие сплавы. Более высокие электрические показатели имеют трансформаторы, использующие магнитомягкие сплавы с высоким значением магнитной проницаемости.

Известно, что произведение числа витков первичной обмотки трансформатора и допустимого значения магнитной индукции для трансформаторов одной и той же частоты перемагничивания, имеющих одну и ту же мощность, одни и те же габаритные размеры является величиной постоянной. С увеличением частоты питания вышеупомянутое произведение уменьшается, и незначительное увеличение числа витков такого трансформатора может существенно снизить ток холостого хода трансформатора, особенно, если магнитомягким сплавом является аморфный сплав с высоким значением магнитной проницаемости.

Необходимого комплекта магнитных свойств /индукции в диапазоне 0,52... 0,68 Тл и проницаемости 10 кГц в диапазоне 47000...120000/ можно достигнуть, если изменить количественный состав сплава. Предлагаемый сплав имеет химический состав при следующем соотношении элементов, ат. %: кобальт 58 - 66; никель 2 - 9; железо 3 - 4,2; марганец 0,8 - 2,2; хром 1,3 - 1,5; кремний 13 - 14; бор 12 - 1,8.

Кроме того, химические элементы сплава должны быть сгруппированы друг с другом в следующих количественных соотношениях, ат.%: Кобальт и никель 67,1 - 68,3 Железо и марганец 5 - 5,2 Хром, кремний и бор 26,5 - 27,9 Необходимые магнитные свойства в предлагаемом сплаве достигюется в результате, во-первых, оптимизации концентрации каждого из семи указанных элементов, во-вторых, путем включения их в определенные три группы с ограничением суммарной концентрации. Например, при увеличении концентрации кобальта в первой группе с 58 до 66 ат.% (при соответствующем уменьшении концентрации никеля) растут индукция B₁₀, температура Tc и уменьшается проницаемость μ 10 кГц. Подобная картина наблюдается при изменении концентрации элементов во второй группе: при увеличении концентрации марганца растет проницаемость и соответственно уменьшаются индукция и температура Tc. Влияние элементов третьей группы на свойства сплава однотипно, поэтому основную роль играет суммарное содержание в группе. При увеличении суммы этих элементов более 27,9% /атомных/ заметно уменьшаются B₁₀, Tc, хотя проницаемость μ 10 кГц может быть достаточно высокой. При уменьшении суммы этих элементов менее 26,5 ат.% растут B₁₀, Tc, но падает μ 10 кГц.

Таким образом, путем изменений концентрации легирующих элементов в каждой группе в заданных пределах достигается необходимое сочетание индукции и магнитной проницаемости в сплаве, удовлетворяющее требованиям широкого класса высокочастотных трансформаторов.

При изучении в вышеуказанной области техники других известных технических решений признаки (количественный состав сплава, количественное соотношение химических элементов в группах), отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию изобретения "новизна".

Из полученных образцов лент аморфного магнитомягкого сплава вышеуказанного состава изготавливались тороидальные магнитопроводы диаметром 20 мм и массой 2 г, которые после термообработки в поперечном магнитном поле имели индукцию B₁₀ /в поле H = 10 Э/ и относительную магнитную проницаемость μ 10 кГц /при частоте перемагничивания 10 кГц/ в поле ImЭ, отвечающие требованиям и аморфному магнитомягкому сплаву, предъявляемым стандартам ISDN /табл. 1 и 2/.

Источники информации 1. Патент США, PCT/US 87/02802, WO 88/03699, кл. H 01 F 1/16, C 22 C 1/00, 19/07, опубл. 19.05.88 г. /прототип/.

Формула изобретения

1. Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, содержащий железо, никель, легирующие компоненты и аморфизаторы в виде кремния и бора, отличающийся тем, что он имеет состав при следующем соотношении компонентов, ат.%: Кобальт - 58 - 66 Никель - 2 - 9 Железо - 3 - 4,2
Кремний - 13 - 14
Бор - 12 - 12,8
Легирующие компоненты:
Марганец - 0,8 - 2,2
Хром - 1,3 - 1,5
2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание кобальта и никеля составляет 67,1 - 68,3 ат.%.

3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание железа и марганца составляет 5,0 - 5,2 ат.%.

4. Сплав по п.1, отличающийся тем, что суммарное содержание хрома, кремния и бора составляет 26,5 - 27,9 ат.%.

РИСУНКИ

Рисунок 1