PL245646B1 - Amorficzny stop żelaza - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest amorficzny stop żelaza, który charakteryzuje się tym, że ma skład Fe₆₅Co_9,5Hf₂Zr₂Si_1,5B₂₀ oraz nieuniknione zanieczyszczenia w ilości nie większej 0,09%.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest amorficzny stop żelaza mający zastosowanie zwłaszcza w elektronice, elektrotechnice i energetyce.

Klasyczne stopy amorficzne wytwarzane w postaci cienkich taśm są powszechnie stosowane jako materiały do budowy rdzeni nisko stratnych transformatorów. Stopy tego rodzaju wytwarzane są metodą jednokierunkowego chłodzenia na miedzianym bębnie. Szybkość chłodzenia z zakresu 105-10⁶ K/s umożliwia zestalenie stopu z pominięciem procesu krystalizacji. Amorficzne stopy Fe charakteryzują się tak zwanymi właściwościami magnetycznie miękkimi: wysoką wartością magnetyzacji nasycenia, wysoką podatnością magnetyczną oraz niską wartością pola koercji.

Ze względu na brak struktury krystalicznej, stopy amorficzne łatwo ulegają procesowi przemagnesowania. Wysoka zawartość pierwiastków o właściwościach ferromagnetycznych jak (Fe, Co, Ni) zapewnia wysoką wartość magnetyzacji nasycenia oraz niską wartość pola koercji. Ponadto brak uporządkowanych struktur umożliwia pracę rdzeni wykonanych z amorficznych stopów w wysokich częstotliwościach w przeciwieństwie do ich krystalicznych odpowiedników w postaci blach Fe-Si.

Z polskiego opisu patentowego nr 154378 znany jest amorficzny stop metali, magnetycznie miękki, przeznaczony w szczególności na rdzenie magnetyczne pracujące w zmiennych polach magnetycznych o podwyższonej częstotliwości i polach impulsowych będący na osnowie Fe i zawierający wagowo 18-21% Co, 4-8% B i Si łącznie oraz 0,05-1,0% Ta, a resztę składu stanowi Fe.

Innym znanym z polskiego opisu patentowego nr 131127 jest metalowy stop żelaza, boru i krzemu zawierający wagowo: (77:80%) żelaza, (12%: 16%) krzemu, (5%: 10%) boru oraz ślady zanieczyszczeń wytwarzany w postaci bardzo cienkich taśm.

Celem wynalazku jest otrzymanie stopu o wysokiej zawartości Fe i Co o strukturze amorficznej, którego właściwości będą charakteryzowały się wartością pola koercji poniżej 50 A/m oraz indukcją nasycenia powyżej 1,3 T.

Istotą wynalazku jest amorficzny stop żelaza charakteryzujący się tym, że ma skład Fe65Co9.5Hf2Zr2Si1.5B20, oraz nieuniknione zanieczyszczenia. Nieuniknione zanieczyszczenia są w ilości nie większej 0,09%.

Klasyczny stop amorficzny wytworzony został metodą odlewania ciekłego stopu na miedzianym wirującym bębnie. Stop wytworzono w postaci taśmy o grubości około 50 mm przy prędkości obrotowej bębna 3900 obrotów na minutę. Materiał ze stopu Fe65Co9,5Hf2Zr2Si1,5B20 według wynalazku zawiera odpowiednio (atomowo): Fe - 65%; B - 20%; Zr - 2%; Co - 9,5%, Hf - 2%, Si - 1,5% przy dopuszczalnym zanieczyszczeniu max 0,09%.

Zaletą proponowanego stopu według wynalazku w stosunku do wytwarzanych taśm amorficznych jest to, że magnetycznie miękki stop amorficzny o składzie chemicznym Fe65Co9.5Hf2Zr2Si1.5B20 charakteryzuje się dobrymi właściwościami magnetycznymi przy zawartości pierwiastków ferromagnetycznych poniżej 75%.

P rzy kła d

Stop w przykładzie wykonania ma skład: Fe - 65%; B - 20%; Zr - 2%; Co - 9,5%, Hf - 2%, Si - 1,5% przy zanieczyszczeniu 0,05%.

Klasyczny stop amorficzny Fe65Co9.5Hf2Zr2Si1.5B20 wytworzono na bazie polikrystalicznego wlewka. Wlewek wytworzono w piecu łukowym w atmosferze ochronnej argonu. Proces topienia prowadzono na miedzianej płycie chłodzonej wodą. Wsad przetapiano sześciokrotnie, każdorazowo odwracając wlewek na drugą stronę za pomocą manipulatora. Wlewek oczyszczono mechanicznie, podzielono na mniejsze kawałki oraz poddano czyszczeniu w myjce ultradźwiękowej. Tak przygotowany wsad umieszczono w kwarcowym tyglu. Klasyczny stop amorficzny w postaci taśmy wytworzono metodą odlewania ciekłego stopu na miedzianym bębnie. Proces produkcji prowadzono w atmosferze ochronnej argonu. Wsad topiono przy użyciu prądów wirowych. Ciekły stop tłoczono pod ciśnieniem argonu na powierzchnię miedzianego bębna obracającego się z szybkością 3900 obrotów na minutę. Otrzymano stop w postaci taśmy o grubości 50 mm.

Strukturę stopu Fe65Co9.5Hf2Zr2Si1.5B20 badano przy użyciu dyfraktometru rentgenowskiego BRUKER model Advanced 8. Na rysunku zamieszczono obraz dyfrakcji promieni Rentgena w zakresie 30-100° kąta dwa theta.

PL 245646 Β1

theta [deg]

Na dyfraktogramie widoczne jest szerokie maksimum w zakresie 40° - 50° kąta dwa theta. Dyfraktogram jest typowy jak dla materiałów o strukturze amorficznej. Próbkę stopu Fe65C09.5Hf2Zr2Si1.5B20 poddano badaniom właściwości magnetycznych przy użyciu magnetometru wibracyjnego VSM. Na rysunku zamieszczono statyczną pętle histerezy magnetycznej zmierzoną w zakresie zewnętrznego pola

Na podstawie pomiarów wyznaczono magnetyzację nasycenia Ms = 1,32 T oraz wartość pola koercji Hc = 50 A/m. Zarejestrowana pętla jest typowa jak dla materiałów o właściwościach magnetyczne miękkich.

W porównaniu do dotychczas istniejących stopów stop według wynalazku charakteryzuje się magnetyzacją nasycenia powyżej 1,3 T przy zawartości Fe i Co łącznie poniżej 75% atomowo.

Claims (1)

1. Amorficzny stop żelaza znamienny tym, że ma skład Fe65C09.5Hf2Zr2Si1.5B20 oraz nieuniknione zanieczyszczenia w ilości nie większej 0,09%.