Высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, полученный разливкой в ленту

Изобретение относится к металлургии, в частности к аморфным магнитно-мягким сплавам с высокой индукцией насыщения, предназначенным для изготовления сердечников силовых распределительных трансформаторов и других устройств, работающих при низких частотах. Заявлен высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, полученный разливкой в ленту, содержащий, ат.%: бор 6,0-9,0, кремний 7,5-10,0, углерод 0,5-1,5, фосфор 1,0-2,5, азот 0,1-0,5, сера 0,1-0,5, водород 0,01-0,02, кислород 0,01-0,015, железо - остальное, при этом температура кристаллизации сплава составляет не менее 570°С. Технический результат - увеличение критической толщины получаемой ленты при сохранении уровня магнитных свойств, а также уменьшение температур перегрева расплава для его гомогенизации и разливки в ленту. 2 з.п. ф-лы, 3 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к аморфным магнитно-мягким сплавам с высокой индукцией насыщения, предназначенным для изготовления сердечников силовых распределительных трансформаторов и других устройств, работающих при низких частотах.

Известны сплав и лента, выполненная из него, по патенту США №4219355, кл. С22С 19/00, 1988 г. Сплав содержит железо, бор, кремний и углерод в соответствии с формулой FeaBbSicCd в следующих пределах (ат.%): а=80,0…82,6; b=12,5…14,5; с=2,5…5,0; d=1,5…2,5 при a+b+c+d=100%. Сплав имеет достаточно высокую индукцию насыщения B5=16 кГс. Однако он недостаточно технологичен (требуются большой перегрев расплава для гомогенизации, малая критическая толщина), имеет плохую повторяемость свойств от плавки к плавке, склонен к образованию газовых пузырей.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению является высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, раскрытый в RU 2121520 C1, C22C 45/02, 10.11.1998 г., содержащий бор, кремний, фосфор, никель и железо при следующем соотношении компонентов, ат.%: бор 7,5-11,5; кремний 7,0-10,5; фосфор 1,0-4,0; никель максимально до 1,5 и железо - остальное, при этом температура кристаллизации сплава не менее 515°С.

К недостатку относится неповторяемость как технологических, так и магнитных свойств сплава и узких пределов регулирования термовременных параметров при термообработке ленты.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, полученный разливкой в ленту, содержащий бор, кремний, фосфор и железо, дополнительно содержит углерод, азот, серу, водород и кислород при следующем соотношении компонентов, ат.%: бор 6,0-9,0; кремний 7,5-10,0; фосфор 1,0-2,5; углерод 0,5-1,5; азот 0,1-0,5; сера 0,1-0,5; водород 0,01 - 0,02; кислород 0,01-0,015; железо - остальное (сплав 1), при этом температура кристаллизации сплава составляет не менее 570°С, а также сплав 1 дополнительно содержит 0,01-0,05 ат.% урана и 0,01-0,1 ат.% индия (сплав 2) или 0,07-0,09 ат.% натрия и 0,04-0,06 ат.% лития (сплав 3).

Дополнительное введение азота, серы, водорода и кислорода обеспечивает получение магнитных свойств выше, чем у сплава-прототипа.

Толщина получаемой ленты больше 40 мкм, температура перегрева расплава для его гомогенизации 1350°С и разливки 1300°С.

Введение указанных компонентов увеличивает жидкотекучесть расплавов (уменьшается вязкость), что приводит к улучшению технологичности производства ленты за счет уменьшения случаев зарастания застывшим расплавом щели сопла.

Совместное введение кислорода, водорода, фосфора и бора снижает критическую скорость закалки и улучшает аморфизируемость сплава, увеличивает критическую толщину ленты.

Увеличение содержания суммы указанных элементов свыше 11,535 ат.% приводит к нарушению сплошности ленты и ее охрупчиванию.

Уменьшение содержания элементов-аморфизаторов ниже заявленных значений (бор менее 6 ат.%; кремний менее 7,5 ат.%; углерод менее 0,5 ат.%; фосфор менее 1,0 ат.%; азот менее 0,1 ат.%, серы менее 0,1 ат.%, водород менее 0,01 ат.%, кислород менее 0,01 ат.%), а также их суммарных величин (Σ(S+N+Р+Si+В) менее 15,2 ат.% и ∑(В+Р+Н+О) менее 7,02 ат.%) снижает температуру кристаллизации и уменьшает максимально возможную толщину пластичной ленты.

Содержание фосфора и серы определяется его влиянием на улучшение технологичности. Только при содержании фосфора не менее 1,0 ат.% и серы не менее 0,1 ат.% их влияние становится эффективным. Увеличение количества фосфора более 2,5 ат.% и серы более 0,5 ат.% уменьшает индукцию насыщения и приводит к ухудшению качества ленты.

При содержании кремния более 10,0 ат.% также падает магнитная индукция.

Введение урана и индия снижает температуру и уменьшает время проведения термомагнитной обработки. Увеличение содержания урана более 0,002 ат.% и индия более 0,02 ат.% повышает хрупкость аморфной ленты. Уменьшение содержания урана менее 0,001 ат.% и индия менее 0,01 ат.% не оказывает существенного влияния на эффективность термомагнитной обработки.

Введение натрия и лития одновременно увеличивает коэффициент теплопроводности от расплава к закалочному барабану и смачиваемость материала его расплавом, что приводит к уменьшению шероховатости контактной и свободной поверхностей ленты и повышению ее пластичности.

Увеличение содержания натрия более 0,09 ат.% и лития более 0,06 ат.% приводит к появлению в расплаве связанных окислов этих элементов и ухудшению качества аморфной ленты. Уменьшение содержания натрия менее 0,07 ат.% и лития менее 0,04 ат.% не оказывает существенного влияния на качество аморфной ленты.

Указанные в сплавах в предлагаемом изобретении содержания химических элементов и их соотношения обеспечивают оптимальные сочетания технологических и магнитных свойств. При этом температура кристаллизации заявленных сплавов ≥570°С, что характеризует высокую термовременную стабильность аморфного состояния.

Пример.

Экспериментальные образцы сплавов получали в виде ленты шириной 20 мм, толщиной 28-30 мкм методом закалки на медном барабане диаметром 360 мм, вращающемся со скоростью 30 м/с. Химический состав полученных образцов приведен в таблице 1. Температуру начала кристаллизации аморфных сплавов (Ткр) определяли методом дифференциального термического анализа при скорости нагрева 30°С/мин. Изменение толщины ленты осуществлялось путем изменения щели сопла. Температуру гомогенизации, разливки расплавов (таблица 2) и их жидкотекучесть устанавливали экспериментально при отработке технологии получения лент и по зависимости вязкости от температуры. Вязкость определяли методом крутильных колебаний (метод Швидковского). При увеличении содержания серы от 0 ат.% до 0,5 ат.% вязкость при 1350°С уменьшается от 1,2·10-6 м2/с при 0 ат.% S до 0,3·10-6 м2/с при содержании S=0,5 ат.%.

Из полученных образцов ленты изготовляли тороидальные сердечники весом 18-22 г со средним диаметром 25-28 мм. Термообработку сердечников проводили при температуре 410-420°С в течение 30 мин. Образцы из лент отжигались в обычной атмосфере. Для сравнения были изготовлены сердечники из промышленных сплавов 2605-S2 (США) и 2НРС (Россия).

Динамические характеристики (потери на перемагничивание, Вт/кг) определяли в режиме «В - синус» при индукции 1-1,55 Тл на частоте 50 Гц (таблица 3).

Индукция предложенных сплавов в рабочих полях до 10 Э выше 1,5 Тл.

Технологичность предложенных сплавов, а именно критическая толщина ленты, температура кристаллизации сплавов, температура гомогенизации, жидкотекучесть расплавов, превосходит технологичность промышленных сплавов.

Потери в сердечниках, изготовленных из предложенных сплавов не превышают 0,22 Вт/кг при значениях индукции Вm=1,55 Тл.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в экономии энергетических затрат за счет уменьшения температур перегрева расплава для его гомогенизации и разливки в ленту, увеличения критической толщины ленты при сохранении уровня магнитных свойств.

Таблица 1
Влияние химсостава на критическую толщину ленты
№ п/п Химический состав Σаморф Ткр, °С Критическая толщина, мкм
В Si С Р N S Н О U In Na Li S+N+P+C+Si+B О+H+P+B
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
Сплав 1 7,50 8,75 1,00 1,75 0,30 0,30 0,015 0,013 - - - - 19,60 9,278 560 44
Сплав 2 7,50 8,75 1,00 1,75 0,30 0,30 0,015 0,013 0,002 0,015 - - 19,60 9,278 565 48
Сплав 3 7,50 8,75 1,00 1,75 0,30 0,30 0,015 0,013 - - 0,08 0,05 19,60 9,278 570 50
2НСР 13,00 9,00 - - - - - - - - - - - - 540 30
2605-82 13,00 9,00 - - - - - - - - - - - - 540 25
Сплав-прототип: - - - - - - - - - - - - - - - -
1 11,2 7,6 - 1,7 - - - - - - - - 20,5 12,9 530 35
2 11,2 7,6 - 1,7 - - - - - - - - 20,5 12,9 560 40
3 11,2 7,6 - 1,7 - - - - - - - - 20,5 12,9 540 40
4 11,2 7,6 - 1,7 - - - - - - - - 20,5 12,9 550 40
5 11,2 7,2 - 2,0 - - - - - - - - 20,4 13,2 535 40
6 10,9 7,9 - 1,6 - - - - - - - - 20,4 12,5 545 40
7 10,6 7,5 - 2,1 - - - - - - - - 20,2 12,7 540 40
8 9,0 7,6 - 3,7 - - - - - - - - 20,3 12,7 515 35
9 9,6 9,6 - 3,7 - - - - - - - - 22,9 13,3 555 40
10 8,8 8,0 - 3,2 - - - - - - - - 20,0 12,0 515 35
11 8,4 9,3 - 3,0 - - - - - - - - 20,7 11,4 515 35
Таблица 2
Сравнение технологичности аморфных сплавов
Марка сплава Критическая толщина, мкм Температура перегрева расплава, °С
Российский аналог Зарубежный аналог Для гомогенизации Для разливки
2НСР Vitrovac 7505, ФРГ 30 1550 1430
7411 2605-S2, США 25 1570 1450
Сплав-прототип: Заявляемый: 35…40 1400 1300
сплав 1 40 1380 1340
сплав 2 45 1360 1320
сплав 3 50 1350 1300
Таблица 3
Магнитные свойства при частоте 50 Гц
Сплав Ваттные потери, Вт/кг
1,0 Тл 1,2 Тл 1,3 Тл 1,4 Тл 1,5 Тл 1,55 Тл
Заявляемый:
сплав 1 0,12 0,14 0,17 0,19 0,21 0,22
сплав 2 0,10 0,13 0,16 0,18 0,20 0,21
сплав 3 0,09 0,12 0,15 0,17 0,19 0,20
2НСР 0,16 0,21 0,27 0,33 - -
Сплав - прототип
8 0,13 0,17 0,20 0,23 - -
9 0,13 0,18 0,19 0,21 - -
10 0,10 0,16 0,165 0,19 0,21 -
11 0,09 0,13 0,16 0,18 0,21 0,22

1. Высокоиндукционный аморфный сплав с низкими электромагнитными потерями, полученный разливкой в ленту, содержащий бор, кремний, фосфор и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит углерод, азот, серу, водород и кислород при следующем соотношении компонентов, ат.%:

Бор 6,0-9,0
Кремний 7,5-10,0
Углерод 0,5-1,5
Фосфор 1,0-2,5
Азот 0,1-0,5
Сера 0,1-0,5
Водород 0,01-0,02
Кислород 0,01-0,015
Железо Остальное,

при этом температура кристаллизации сплава составляет не менее 570°С.

2. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,01-0,05 ат.% урана и 0,01-0,1 ат.% индия.

3. Сплав по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит 0,07-0,09 ат.% натрия и 0,04-0,06 ат.% лития.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области металлургии, в частности к аморфным сплавам на основе железа, получаемым в виде ленты в процессе литья плоского потока расплава на поверхность охлаждающего тела и скоростной закалки, и может быть использовано в качестве коррозионностойкого сплава, предназначенного для изготовления резистивных элементов и коррозионно-стойких элементов конструкций.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к технологии обработки материалов, и может быть использовано в технологических процессах упрочняющей обработки аморфных металлических сплавов различного назначения.

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к получению редкоземельных постоянных магнитов из сплавов системы R-T-B. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к аморфным и нанокристаллическим магнитомягким сплавам, получаемым в виде тончайшей ленты литьем плоского потока расплава на поверхность охлаждающего тела и скоростной закалки, используемым для изготовления трансформаторов и дросселей.
Изобретение относится к металлургии, в частности к аморфным магнитомягким сплавам, используемым для изготовления трансформаторов, дросселей и тороидальных витых магнитопроводов.

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению в вакуумной индукционной печи сплава на основе кобальта и железа для производства аморфных лент методом спинингования с использованием кварцевых тиглей.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к магнитопроводам насыщающихся реакторов и импульсных трансформаторов. .
Изобретение относится к определенным аморфным металлическим сплавам и к способу их получения. .

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано, например, в виде ленты, предназначенной для изготовления сердечников силовых распределительных трансформаторов, работающих при низких частотах.

Изобретение относится к способу и устройству, используемым для получения проволоки из аморфного сплава на основе железа, а также к проволоке и изделию, армированному ею.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к коррозионно-стойкой стали, используемой для изготовления деталей атомного оборудования с повышенным требованием к нейтронному поглощению.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству нового высокоэффективного вида металлопродукции - толстолистовому прокату из низколегированной стали для мостостроения.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к разработке экономнолегированной высокопрочной стали, предназначенной для изготовления холоднодеформированных деталей, работающих в условиях высокоскоростного импульсного нагружения.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к составу стали, используемой для изготовления деталей распределителей зажигания автомобильных карбюраторных двигателей методом механической и термической обработки.
Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к холоднокатаной листовой стали для изготовления штампованных деталей корпуса автомобилей. .

Изобретение относится к металлургии, а именно к производству углеродистых и низколегированных сталей для изготовления электросварных труб, используемых для строительства трубопроводов, транспортирующих агрессивные в коррозионном отношении жидкости, в частности водные среды, содержащие ионы хлора, сероводород, углекислый газ, механические примеси и другие компоненты.

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к технологии производства холоднокатаной полосы, предназначенной для изготовления деталей автомобиля методом штамповки.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству листов из конструкционных свариваемых сталей, используемых при производстве сварных конструкций и платформ большегрузных автомобилей, для работы в условиях северных районов.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к составам коррозионно-стойких аустенитных сталей, предназначенных для производства листовых и трубных деталей, сварных конструкций, контактирующих с кипящей азотной кислотой.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству сварочных материалов, используемых в атомной энергетике для полуавтоматической сварки в смеси защитных газов металлоконструкций из хладостойкой низколегированной стали для транспортно-упаковочных комплектов металлобетонных контейнеров (ТУК МБК), предназначенных для многоразовой транспортировки и длительного хранения отработавшего ядерного топлива (ОЯТ) атомных энергетических установок, а также может использоваться в различных отраслях машиностроения для изготовления сварных конструкций и изделий, эксплуатирующихся при температурах до минус 60°С

Изобретение относится к металлургии, в частности к аморфным магнитно-мягким сплавам с высокой индукцией насыщения, предназначенным для изготовления сердечников силовых распределительных трансформаторов и других устройств, работающих при низких частотах

Наверх