一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系统

摘要

本发明实施例公开了一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系统，通过提高入炉温度以及升温速率，从而缩短热处理时间，能够在一定程度上有效的控制磁芯内部的磁有序化，减小磁晶各向异性，提高磁芯的性能。本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法，包括：启动加热系统；加热系统设置预定温度T0，并将预定温度信息发送给热处理炉；热处理炉控制炉腔从室温加热到预定温度T0；热处理炉的炉腔内放入绕制好的磁芯；加热系统启动抽气程序；热处理炉将炉腔内空气抽出至真空状；加热系统启动注入气体程序；热处理炉向炉腔内注入气体；加热系统启动第一升温加速程序，设定第一升温速率v1、加热第一目标温度T1和第一保温时间t1。

说明书

技术领域

本发明涉及材料处理领域，尤其涉及一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系统。

背景技术

纳米晶磁芯是经过母材熔炼、带材喷制、绕制成环、热处理等一系列环节加工而成，在不考虑带材成分、磁芯尺寸以及形状的情况下，热处理对得到高性能磁芯是至关重要的。

传统的热处理方法一般都是在热处理过程中从室温开始加热，按照预定的加热曲线进行升温和保温，最后随炉冷却至室温再出炉。但因升温速率慢且从室温开始加热的过程所耗费的时间长并导致生产周期长、批量处理效力低从而造成耗时耗力。并且由于热处理时间长，磁芯内部磁晶在较长的不可控时间内易产生各向异性，从而使得所得磁芯的有效磁导率低，不利于磁芯获得高的性能。因此急需研究合适的热处理方法，来缩短热处理时间，并使得磁芯在一定频率范围内的性能稳定，去除不利影响，提高磁芯的有效磁导率和抗干扰能力，减少资源浪费。

发明内容

本发明提供了一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系统，通过提高入炉温度以及升温速率，从而缩短热处理时间，能够在一定程度上有效的控制磁芯内部的磁有序化，减小磁晶各向异性，提高磁芯的性能。

本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法，包括：

启动加热系统；

加热系统设置预定温度T0，并将预定温度信息发送给热处理炉；

热处理炉控制炉腔从室温加热到预定温度T0；

热处理炉的炉腔内放入绕制好的磁芯，关闭炉腔门；

加热系统启动抽气程序；

热处理炉将炉腔内空气抽出至真空状；

加热系统启动注入气体程序；

热处理炉向炉腔内注入气体；

加热系统启动第一升温加速程序，设定第一升温速率v1、加热第一目标温度T1和第一保温时间t1；

热处理炉对磁芯以均匀的第一升温速率v1加热到第一目标温度T1，并保温t1分钟；

加热系统启动第二升温加速程序，设定第二升温速率v2、加热第二目标温度T2和第二保温时间t2；

热处理炉对磁芯以均匀的第二升温速率v2加热到第二目标温度T2，并保温t2分钟；

加热系统启动降温程序，设置第三目标温度T3；

热处理炉将炉腔内的磁芯随炉冷却至第三目标温度T3；

热处理炉的炉腔内取出磁芯，并在空气中冷却至室温。

可选的，

预定温度T0≥200℃。

可选的，

热处理炉的炉腔内注入的气体为惰性气体。

可选的，

第一升温速率v1≥10℃/min；

第一目标温度T1为510℃；

第一保温时间t1为15min。

可选的，

第二升温速率v2≥1℃/min；

第二目标温度T2为560℃；

第二保温时间t2为60min。

可选的，

第三目标温度为300℃。

可选的，

磁芯包括高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁铁基纳米晶合金。

可选的，

制备出的磁芯在1KHz-100KHz的频率范围内，其有效磁导率的数值均在40000以上。

一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理系统，包括：

加热系统和热处理炉；

加热系统包括：

第一启动单元，用于启动加热程序；

第一控制单元，用于设置预定温度T0；

第二启动单元，用于启动抽气程序；

第三启动单元，用于启动注入气体程序；

第四启动单元，用于启动第一升温加速程序；

第五启动单元，用于启动升温加速程序；

第六启动单元，用于启动降温程序；

热处理炉包括：

第一调温单元，用于将炉腔从室温加热到预定温度T0；

放置单元，用于将磁芯放入炉腔内；

抽气单元，用于将炉腔内空气抽出至真空；

注气单元，用于向炉腔内注入气体；

第二调温单元，用于将炉腔内的磁芯以第一升温速率v1升温至第一目标温度T1，并在t1时间内保持第一目标温度T1不变；

第三调温单元，用于将炉腔内的磁芯以第二升温速率v2升温至第二目标温度T2，并在t2时间内保持第二目标温度T2不变；

第四调温单元，用于将炉腔连通炉腔内的磁芯一同降温至第三目标温度T3；

取出单元，用于将磁芯从炉腔内取出。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法，包括：启动加热系统；加热系统设置预定温度T0，并将预定温度信息发送给热处理炉；热处理炉控制炉腔从室温加热到预定温度T0；热处理炉的炉腔内放入绕制好的磁芯，关闭炉腔门；加热系统启动抽气程序；热处理炉将炉腔内空气抽出至真空状；加热系统启动注入气体程序；热处理炉向炉腔内注入气体；加热系统启动第一升温加速程序，设定第一升温速率v1、加热第一目标温度T1和第一保温时间t1；热处理炉对磁芯以均匀的第一升温速率v1加热到第一目标温度T1，并保温t1分钟；加热系统启动第二升温加速程序，设定第二升温速率v2、加热第二目标温度T2和第二保温时间t2；热处理炉对磁芯以均匀的第二升温速率v2加热到第二目标温度T2，并保温t2分钟；加热系统启动降温程序，设置降温目标温度T3；热处理炉将炉腔内的磁芯随炉冷却至目标温度T3；热处理炉的炉腔内取出磁芯，并在空气中冷却至室温。加热系统控制热处理炉的升降温的温度、升降温的速率、保温时间等因素，启动加热系统后，热处理炉升温到预定温度T0，提高了入炉温度；在热处理炉内放入磁芯后，采取先抽气至真空再注入惰性气体能有效保护磁芯在升温过程中无杂质干扰，从而保正制品纯度；分两次设定不同的升温速率、目标温度和保温时间，使整个热处理过程在一定程度上有效的抑制磁芯内部的磁有序，减小磁晶各向异性，提高材料的软磁性能；降温过程采取先降至目标温度T3，再在空气中冷却的方法能快速大幅降低磁芯的温度，从而降低热处理时间和热处理成本。有效解决了传统热处理方法所耗费的时间长并导致生产周期长、批量处理效力低从而造成耗时耗力的问题。

附图说明

图1为本发明中一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例的流程图；

图2为本发明中一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理系统实施例的流程图；

图3为本发明中一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法的工艺曲线图。

具体实施方式

本发明的目的是提供一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系统，通过提高入炉温度以及升温速率，从而缩短热处理时间，能够在一定程度上有效的控制磁芯内部的磁有序化，减小磁晶各向异性，提高磁芯的性能。

下面参阅图1-图2，对本发明中的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法和系实施例进行说明：

本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例，包括：

101、启动加热系统；

102、加热系统设置预定温度T0，并将预定温度信息发送给热处理炉；

103、热处理炉控制炉腔从室温加热到预定温度T0；

104、热处理炉的炉腔内放入绕制好的磁芯，关闭炉腔门；

105、加热系统启动抽气程序；

106、热处理炉将炉腔内空气抽出至真空状；

107、加热系统启动注入气体程序；

108、热处理炉向炉腔内注入气体；

109、加热系统启动第一升温加速程序，设定第一升温速率v1、加热第一目标温度T1和第一保温时间t1；

110、热处理炉对磁芯以均匀的第一升温速率v1加热到第一目标温度T1，并保温t1分钟；

111、加热系统启动第二升温加速程序，设定第二升温速率v2、加热第二目标温度T2和第二保温时间t2；

112、热处理炉对磁芯以均匀的第二升温速率v2加热到第二目标温度T2，并保温t2分钟；

113、加热系统启动降温程序，设置降温目标温度T3；

114、热处理炉将炉腔内的磁芯随炉冷却至目标温度T3；

115、热处理炉的炉腔内取出磁芯，并在空气中冷却至室温。

本实施例中，如图1，加热系统控制热处理炉的升降温的温度、升降温的速率、保温时间等因素，启动加热系统后，热处理炉升温到预定温度T0，提高了入炉温度；在热处理炉内放入磁芯后，采取先抽气至真空再注入惰性气体能有效保护磁芯在升温过程中无杂质干扰，从而保正制品纯度；分两次设定不同的升温速率、目标温度和保温时间，使整个热处理过程在一定程度上有效的抑制磁芯内部的磁有序，减小磁晶各向异性，提高材料的软磁性能；降温过程采取先降至目标温度T3，再在空气中冷却的方法能快速大幅降低磁芯的温度，从而降低热处理时间和热处理成本。有效解决了传统热处理方法所耗费的时间长并导致生产周期长、批量处理效力低从而造成耗时耗力的问题。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，预定温度T0≥200℃。

本实施例中，磁芯入炉前，热处理炉的炉腔预定温度T0设定为200℃以上能有效缩短热处理时间，具体温度可根据需要制备的磁芯的使用范围设定。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，热处理炉的炉腔内注入的气体为惰性气体。

本实施例中，抽去热处理炉内原有的空气至真空状态，再注入惰性气体能有效保护磁芯在升温制备的过程中不受其它杂质的影响，能有效保护和控制磁芯的纯度。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，第一升温速率v1≥10℃/min；第一目标温度T1为510℃；第一保温时间t1为15min。

本实施例中，根据预定温度T0和第一目标温度T1的差距设定升温速率v1，即能够有效的控制达到第一目标温度T1的时间，达到第一目标温度T1后在t1时间内保持此温度，即实现有效、快速地提升温度。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，第二升温速率v2≥1℃/min；第二目标温度T2为560℃；第二保温时间t2为60min。

本实施例中，根据预定温度T1和第二目标温度T2的差距设定升温速率v2，即能够有效的控制达到第二目标温度T2的时间，达到第二目标温度T2后在t2时间内保持此温度，即实现有效、快速地提升温度。这种逐步升温，提高热处理速率的方法，使整个热处理过程在一定程度上有效的抑制磁芯内部的磁有序，减小磁晶各向异性，提高材料的软磁性能。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，降温目标温度为300℃。

本实施例中，若直接将制备成的磁芯放到室温下冷却需要耗费大量时间，有效解决了传统热处理方法所耗费的时间长并导致生产周期长、批量处理效力低从而造成耗时耗力的问题。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，磁芯包括高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁铁基纳米晶合金。

本实施例中，高频低损耗Fe-Nb-Cu-Si-B快淬软磁铁基纳米晶合金具有良好的温度稳定性。

下面对本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理方法实施例做进一步说明，制备出的磁芯在1KHz-100KHz的频率范围内，其有效磁导率的数值均在40000以上。

本实施例中，所制备磁芯的在1KHz-100KHz频率范围内的有效磁导率为所公开发表的最高，且在1KHz测试频率下，其数值在100000以上；在100KHz测试频率下，其数值在40000以上。此种磁芯具有高磁导率、低矫顽力、低损耗、稳定性高、适用范围广，如互感器、电抗器、电感器、功率开关电源、逆变电源、磁放大器、高频变压器、高频变换器、高频扼流圈、漏电保护开关、共模电感等均可应用。

本发明的一种制备高性能铁基纳米晶合金磁芯的热处理系统实施例，包括：

加热系统201和热处理炉202；

加热系统201包括：

第一启动单元2011，用于启动加热程序；

第一控制单元2012，用于设置预定温度T0；

第二启动单元2013，用于启动抽气程序；

第三启动单元2014，用于启动注入气体程序；

第四启动单元2015，用于启动第一升温加速程序；

第五启动单元2016，用于启动升温加速程序；

第六启动单元2017，用于启动降温程序；

热处理炉202包括：

第一调温单元2021，用于将炉腔从室温加热到预定温度T0；

放置单元2022，用于将磁芯放入炉腔内；

抽气单元2023，用于将炉腔内空气抽出至真空；

注气单元2024，用于向炉腔内注入气体；

第二调温单元2025，用于将炉腔内的磁芯以第一升温速率v1升温至第一目标温度T1，并在t1时间内保持第一目标温度T1不变；

第三调温单元2026，用于将炉腔内的磁芯以第二升温速率v2升温至第二目标温度T2，并在t2时间内保持第二目标温度T2不变；

第四调温单元2027，用于将炉腔连通炉腔内的磁芯一同降温至目标温度T3；

取出单元2028，用于将磁芯从炉腔内取出。

本实施例中，如图2，加热系统201的第一启动单元2011启动加热程序，第一控制单元2012设置预定温度T0；热处理炉202的第一调温单元2021将炉腔从室温加热到预定温度T0，放置单元2022将磁芯放入炉腔内；加热系统201的第二启动单元2013启动抽气程序，热处理炉202的抽气单元2023将炉腔内空气抽出至真空；加热系统201的第三启动单元2014启动注入气体程序，热处理炉202的注气单元2024向炉腔内注入气体；加热系统201的第四启动单元2015启动第一升温加速程序，热处理炉202的第二调温单元2025将炉腔内的磁芯以第一升温速率v1升温至第一目标温度T1，并在t1时间内保持第一目标温度T1不变；加热系统201的第五启动单元2016启动升温加速程序，热处理炉202的第三调温单元2026将炉腔内的磁芯以第二升温速率v2升温至第二目标温度T2，并在t2时间内保持第二目标温度T2不变；加热系统201的第六启动单元2017启动降温程序；热处理炉202的第四调温单元2027将炉腔连通炉腔内的磁芯一同降温至目标温度T3，取出单元2028将磁芯从炉腔内取出。加热系统201控制热处理炉202的升降温的温度、升降温的速率、保温时间等因素，逐步提高炉腔温度，在制成磁芯后先降温再冷却，整个系统可控性强、制备过程完整有序，缩短热处理周期效果明显。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不处理。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。