[发明专利]一种纳米晶磁芯的磁场热处理方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米晶磁芯技术领域，特别涉及一种纳米晶磁芯的磁场热处理工艺。

背景技术

软磁材料具有低矫顽力、高磁导率等磁特性，是制作电感器、扼流圈、传感器等磁芯的原材料，目前已在电力、电机和电子等行业得到广泛应用。迄今为止，对于工程应用的软磁材料，因其软磁特性和使用功率、频率的不同条件而分为金属软磁材料(如工业纯铁、硅钢、坡莫合金)、软磁铁氧体、非晶及纳米晶软磁材料。传统的金属软磁材料的矫顽力相对较高，限制了其在软磁领域的应用；软磁铁氧体因饱和磁感应强度较低不利于电子元器件的小型化；而纳米晶合金软磁材料作为这一领域的新兴材料，因同时具有高饱和磁感应强度、高磁导率、低损耗(远低于硅钢)、高电阻率及高强韧性等优点，吸引了众多科研工作者的注意，从研究初期就已投入生产应用，且其制备工艺简单、节能环保，在少数领域已部分替代了传统的硅钢和铁氧体材料。

本发明中所涉及的磁芯材料属于纳米晶软磁材料，是由非晶基体及分布在基体上具有纳米级尺寸的α-Fe(Si)纳米晶粒组成，可以通过热处理使非晶合金部分晶化得到。其性能兼备了传统晶态软磁材料的高饱和磁感应强度和非晶态软磁材料的低矫顽力、高磁导率和低损耗等多项优点，可以满足各类电子器件向高效高节能、集成化方面发展的需求，而且制备简单，成本低廉，市场需求前景广阔。

在实际生产中,一般采用急冷凝固技术将熔融的钢液喷铸到高速旋转的铜辊急速冷却，得到厚度为18-24μm、宽度为30-50mm的非晶薄带，采用辊剪技术得到所需宽度的非晶带材样品，并将其卷绕制得所需尺寸规格的铁芯。晶化热处理是获得纳米晶的重要工艺步骤，一般通过退火温度和保温时间的调控来实现纳米晶晶粒的快速均匀析出以获得优异的软磁性能。而在实际生产过程中，为满足材料某些特殊磁性能的要求，需要结合磁场条件对磁芯进行热处理。作为材料加工工艺的一种，磁场热处理工艺包括横向磁场热处理、纵向磁场热处理、旋转磁场热处理、强恒磁场热处理和脉冲磁场热处理等，其目的是通过感生的单轴各向异性来优化材料软磁性能和改变材料的磁滞回线(B-H)的形状。对于纳米晶软磁材料，横向磁场退火可得到平伏狭长的磁滞回线，使材料具有低恒磁导率，低剩余磁感应强度，及低损耗。而软磁材料用作电感器、扼流圈等器件时，电感是这类器件的重要参数，其电感量越大，因而对交流信号越敏感，越容易产生对交流干扰信号阻抗效果。因此，高电感特性和优异软磁性能是纳米晶软磁材料在实际应用中的关键。

目前，在结合纳米晶磁芯电感特性来优化软磁性能的研究中，科研人员探索并申请了多项关于热处理工艺方面的国家发明专利，具体包括：

中国专利申请CN103117153A公开了共模电感铁基纳米晶铁芯及其制备方法。该共模电感铁基纳米晶铁芯采用平板流液态急冷法制带、绕制铁芯和热处理步骤制备，热处理过程分两段保温，在第一阶段保温施加纵向磁场，第二阶段施加横向磁场。但该专利中磁芯的电感衰减较大，当叠加偏置直流为50A时，其电感衰减量接近20％。

中国专利申请CN102363830A公开了一种共模电感用磁芯的热处理方法。该热处理方法采用无磁场退火，通过对温度和时间的试验得到最佳退火温度为560℃-570℃，保温时间60分钟。但该专利中磁芯的铁损较高，在0.5T、20kHz和0.2T、100kHz条件下，其铁损分别达到23.6W/kg、61.8W/kg。

中国专利申请CN102363830A公开了一种超微晶磁芯的热处理方法。该热处理方法同样通过对温度和时间的试验得到最佳退火温度为560℃-570℃，保温时间60分钟。但该专利中磁芯矫顽力偏高，接近0.9A/m，且磁芯在0.5T、20kHz和0.2T、100kHz条件下的铁损也较高，分别为26W/kg、65W/kg。

综上所述，已有的发明中存在电感量衰减较大、磁芯矫顽力和铁损过高的情况。因此，本发明中的磁场热处理方法在优化纳米晶磁芯软磁性能的同时关注磁芯电感的变化，期望在保持磁芯高电感值的前提下，最大程度优化其软磁性能，降低矫顽力及铁损，这对于纳米晶磁芯产品的开发应用具有重要意义。

发明内容

技术问题：本发明考虑实际生产中电感器、扼流圈等磁芯的性能要求特点，针对现有磁芯热处理工艺上的不足，提供一种纳米晶磁芯的磁场热处理方法，使得经过该工艺处理后的磁芯样品软磁性能更优越，且仍保证磁芯的高电感值，这可以明显提高磁芯产品的综合性能，开拓磁芯产品的应用市场。

技术方案：本发明提供一种纳米晶磁芯的磁场热处理方法，其特征在于该方法分三阶段：