[发明专利]改进的含钴铁基非晶态合金构成的磁铁芯

说明书

本发明涉及含钴的铁基非晶态合金，更具体地说，涉及含有钴、硼、硅及碳的铁基非晶态合金构成的磁铁芯，与现有技术相比，这些合金具有高的饱和磁感应强度、低的铁芯损耗以及低的激磁功率。

非晶态材料基本上无任何长程原子有序排列，其特征在于X—射线衍射花样由漫射(宽的)强度最大值组成，数量上相似于自液体或者无机氧化物玻璃所观察到的衍射花样。这样的一些花样完全不同于自晶态材料所观察到的由尖而窄的强度最大值组成的衍射花样。

非晶态材料以亚稳态存在。故而，当加热到足够高的温度之后，随着结晶热的放出，它们开始结晶；而X—射线衍射花样开始从非晶态花样变化到晶态花样。

众所周知，涉及非晶态金属合金的揭示为H.S.Chen和D.E.Polk的美国专利第3,856,513号。该专利中所揭示的为一类具有通式为MaYbZc的非晶态金属合金，式中M为选自铁、镍、钴、铬和钒这个组中的至少一种金属，Y为选自由磷、硼、和碳组成的这个组中至少一种元素，Z为选自由铝、锑、铍、锗、铟、锡和硅组成的这个组中的至少一种元素，“a”约为60～90％(原子百分数)，“b”约为10～30％(原子百分数)，“c”约为0.1～15％(原子百分数)。

随着非晶态金属合金方面的不断研究和发展，某些合金系具有的磁性和物理性能使它们在某些方面应用，特别是在电子工业上用作变压器、发电机及电机的铁芯的应用得以增加，这已日趋明显。被认为具有这样一些性能的一种早期合金为Fe₈₀B₂₀。然而，大家都知道，Fe₈₀B₂₀难以铸成非晶态且是热不稳定的。故而，必须研制一些具有较好稳定性和铸造性的合金，使非晶态金属合金在制造电磁铁芯，特别是变压器铁芯方面得到实际应用。美国专利第4,219,355揭示了一种这类合金。

美国专利第4,219,355号中所揭示的合金以通式Fe_aB_bSi_cC_d表示，式中“a”、“b”、“c”、和“d”以原子百分数表示，分别约为80～82，12.5～14.5，2.5～5以及1.5～2.5。这些合金具有在温度高达大约150℃下能保持稳定的良好的交流(AC)和直流(DC)磁性。因此，这些合金特别适用于功率变压器、航空变压器、电流变压器、400Hz变压器、磁开关铁芯、高增益磁放大器以及低频变换器。

业已被认为适用于制造变压器的还有另一类合金。例如，美国专利第4,217,135号和4,300,950号均涉及某些铁—硼—硅合金，它们适用于制造变压器铁芯。

从以上引用的专利中的揭示很容易看出，为了达到对非晶态金属合金的铸造性能、综合的磁和力学性能以及这些性能的热稳定性产生引人注目的影响，化学成分的差别不需很大。具体地说，对变压器铁芯材料来说，最需要的性能是易铸性、高饱和磁化强度、低铁损、低激磁功率、延性以及高热稳定性。

虽然在鉴定能更好地满足变压器铁芯制造工业所需要的合金方面业已取得很大的进展，但仍必需更进一步提高更高的饱和磁感强度、更低的铁损、更低的激磁功率以及在高的工作温度下的更好的热稳定性。

本发明涉及新型的改进的含钴铁基非晶态合金构成的磁铁芯，它基本上由以通式Fe_余量Co_bB_cSi_dC_e表示的成分组成，式中“b”、“c”、“d”和“e”以原子百分数表示，0.1—0.8，12—15，大于2至小于等于5以及1—3铁为余量。本发明的合金的特征在于具有良好的铸造性和延性。

本发明还涉及一些上述组分的至少约为90％非晶态的合金。本发明的非晶态合金在100℃时具有至少1.5特斯拉tesla的饱和磁化强度和小于大约0.2瓦特/公斤(也在100℃)的铁芯损耗。而且，本发明的非晶态合金更可取地在大约1.5特斯拉感应强度下具有小于大约0.3VA/Kg的激磁功率值。

本发明还涉及改进的磁铁芯包含非晶态金属合金本体，所说的非晶态金属合金具有的组分包括铁、硅、硼、碳及钴，具有与所说的本体业已在磁场下退火。