Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта

 

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве высокочастотных трансформаторов. Техническим результатом изобретения является получение аморфного магнитомягкого сплава имеющего индукцию B₁₀ в диапазоне 0,79 - 0,93 Тл, проницаемость μ¹ 10кГц в диапазоне 1000 - 3500 в постоянном поле подмагничивания напряженностью 2-8 Э и околонулевую магнитострикцию. Заявленный аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта содержит компоненты в следующем соотношении, ат.%: кобальт 71 -73,5; железо 2,7 - 4,7; марганец не более 2,3; хром не более 1,7; кремний 12,8- 13,3; бор 8,6 - 9,2 при следующих соотношениях между ними, ат.%: Fe+Мn = 4,5-5,2; (Fe + Мn)/(Со + Fe + Mn) = 0,59 - 0,066; Cr+Si+B = 22-24. 2 табл.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано в производстве различных электромагнитных устройств, в частности высокочастотных трансформаторов типа Upo и Ukо по международному стандарту JSDN.

Наиболее близким прототипом является аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта по патенту RU 2009249 C1, опубликованному 15.03.94 г.

Однако по указанному прототипу невозможно получить в сплаве необходимый комплекс магнитных свойств, удовлетворяющий требованиям высокочастотных трансформаторов типа Upo и Uko по стандарту JSDN для систем телекоммуникаций.

Задачей изобретения является создание аморфного магнитомягкого сплава на основе кобальта, предназначенного для использования в высокочастотных трансформаторах, в частности типа Upo и Uko по стандарту JSDN, и обладающего следующим комплексом магнитных свойств: индукция B₁₀ в диапазоне 0,79...0,93 Тл, проницаемость μʹ 10 кГц в диапазоне 1000...3500 в постоянном поле подмагничивания напряженностью 2...8 Э, околонулевая магнитострикция.

Указанный комплекс свойств можно достигнуть в предлагаемом сплаве следующего химического состава (в атомных %): Co - 71...73,5 Fe - 2,7...4,7 Mn - 0...2,3 Cr - 0...1,7 Si - 12,8...13,3 B - 8,6...9,2 Кроме того, химические компоненты сплава должны быть сгруппированы друг с другом в следующих количественных соотношениях (в атомных %): Fe + Mn = 4,5...5,2
Cr + Si + B = 22...24
Необходимые магнитные свойства в предлагаемом сплаве достигаются в результате, во-первых, оптимизации концентрации каждого из шести указанных элементов, во-вторых, путем включения их в три группы с ограничением суммарной концентрации. Например, при увеличении концентрации железа в первой группе с 2,7 до 4,7 атомных % (при соответствующем уменьшении концентрации марганца в пределах одной и той же суммы) растут индукция B₁₀, поле линейности (поле подмагничивания) и уменьшается проницаемость μʹ _{10 кГц}. Влияние элементов третьей группы (Cr + Si + B) на свойства сплава однотипно, поэтому основную роль играет их суммарное содержание в группе. При увеличении суммы этих элементов более 24 атомных % (при соответствующем уменьшении Co + Fe + Mn) заметно уменьшается B₁₀, и допустимое поле подмагничивания H, хотя проницаемость μʹ _{10 кГц} может быть достаточно высокой. При уменьшении суммы Cr + Si + B менее 22 атомных % растут B₁₀ и допустимое поле подмагничивания H, но падает μʹ _{10 кГц}. Предлагаемое количественное соотношение суммы содержания железа и марганца и суммы содержания кобальта, железа и марганца (второй группы) позволяет достигать околонулевого значения магнитострикции насыщения. Так, при увеличении значения этого соотношения выше 0,066, магнитострикция значительно увеличивается и имеет положительный знак. При уменьшении соотношения менее 0,059 магнитострикция также увеличивается по абсолютной величине, но имеет отрицательное значение.

Таким образом, путем изменения концентрации легирующих элементов в заданных пределах и в каждой группе достигается необходимое сочетание индукции, магнитной проницаемости в заданном поле подмагничивания и величины магнитострикции, удовлетворяющее требованиям широкого класса высокочастотных трансформаторов, в частности типа Upo и Uko стандарта JSDN.

Сущность изобретения характеризует следующая совокупность существенных признаков:
- количественные соотношения между компонентами сплава;
- более узкие пределы содержания легирующих компонентов.

При изучении в вышеуказанной области техники других известных технических решений указанные существенные признаки не были выявлены и поэтому они обеспечивают заявляемому решению признак новизны.

Из полученных лент аморфного магнитомягкого сплава вышеуказанного состава изготавливались контрольные тороидальные образцы диаметром 20 мм и массой 4 г, а также магнитопроводы типа Upo и Uko по стандарту JSDN, которые после термомагнитной обработки в поперечном поле имели индукцию B₁₀ (в поле H = 10 Э), относительную магнитную проницаемость μʹ _{10 кГц} (при частоте 10 кГц и в полях подмагничивания в интервале 2...8), а также индуктивность A_L (для магнитопроводов), отвечающие требованиям к аморфному сплаву, предъявляемым стандартом JSDN (табл. 1 и 2). Магнитострикция насыщения заявляемого сплава имеет околонулевое значение и находится в пределах (1...10)·10^-8.

Формула изобретения

Аморфный магнитомягкий сплав на основе кобальта, содержащий кобальт, железо, марганец и аморфизаторы в виде кремния и бора, отличающийся тем, что он содержит компоненты в следующих соотношениях, ат.%:
Кобальт - 71 - 73,5
Железо - 2,7 - 4,7
Марганец - Не более 2,3
Хром - Не более 1,7
Кремний - 12,8 - 13,3
Бор - 8,6 ... 9,2
при следующих соотношениях между ними, ат%:
Fe + Mn = 4,5 - 5,2;
(Fe + Mn)/(Co + Fe + Mn) = 0,059 - 0,066;
Cr + Si + B = 22 - 24.

РИСУНКИ

Рисунок 1