一種非晶變壓器鐵芯熱處理工藝的製作方法
2023-12-07 23:30:01 1
專利名稱：一種非晶變壓器鐵芯熱處理工藝的製作方法
技術領域：
本發明一種變壓器鐵芯熱處理工藝，特別涉及一種非晶變壓器鐵芯熱處理工藝。
背景技術：
近年來，能源短缺和環境汙染問題日益嚴重，節能電力變壓器的改進引起人們的關注。 而一旦變壓器被施以電壓，變壓器損耗就始終存在，無論負載的多少。衡量軟磁材料革新 最終的標準就是其減少變壓器損耗的能力。材料的改進每年都能夠節省價值數百億美元的 能源。其中，常規矽鋼的改進、快速淬火工藝以及一些亞穩態材料的研究都為此做出了很 多貢獻。鐵基非晶材料即亞穩態材料的一種，由於其具有優良的節能和環保性能，非晶變 壓器近年來倍受青睞。
非晶帶材與傳統的矽鋼片相比，矯頑力、鐵損小，電阻率高，其製成的變壓器損耗要 小。但缺點是飽和磁感低，疊片係數低，磁致伸縮高，會導致噪聲高的問題。非晶帶材加 工技術要求高，且材質硬脆不能受力，其鐵芯繞制熱處理工藝複雜，是影響其推廣的主要 瓶頸。
根據相關文獻報導，從非晶帶材的DSC曲線中可知，非晶在750K和830K分別有一 個晶化峰。當加熱到750K附近時，各向同性的非晶相內部就開始形成晶相，超過750K時 開始進行初級晶化，而到達830K則開始次級晶化。初級晶化產生的aFe相，特別是均勻 的納米級aFe相晶粒能夠使非晶帶材的磁性得到很大提高；然而次級晶化會大幅增加晶粒 的尺寸，反而會惡化帶材磁性能。因此，目前急需一種能夠提高帶材性能的變壓器鐵芯的 熱處理工藝。
發明內容
本發明的目的是根據現有技術中的不足，提供一種非晶變壓器鐵芯熱處理工藝。
本發明第一方面提供了一種熱處理爐，其特徵在於該熱處理爐由熱處理爐加熱膛、 熱處理爐真空膛、加熱控溫裝置、加磁設備、載物臺、氮氣瓶、真空泵和壓力表組成，其 中熱處理爐真空膛位於熱處理爐加熱膛內部，加熱控溫裝置與熱處理爐加熱膛固定連接， 加磁設備與載物臺位於熱處理真空膛內部，真空泵與熱處理爐真空膛內部連通，氮氣瓶通 過閥門與熱處理爐真空膛的內部連通，真空泵通過閥門與熱處理爐真空膛的內部連通，在真空泵和熱處理爐真空膛之間設有壓力表。
本發明第二方面提供了一種利用上述熱處理爐進行非晶變壓器鐵芯的熱處理工藝，包 括如下步驟
1) 將非晶鐵芯放入熱處理爐真空膛中，繞好加磁線圈；
2) 抽真空後充入氮氣；
3) 設定好升溫曲線，升溫至保溫溫度；
4) 保溫，在保溫期間加入縱向磁場；
5) 保溫結束後隨爐冷卻，在降溫結束後停止磁場；
6) 在鐵芯表面塗布環氧樹脂膜。
優選的，所述步驟l)中加磁線圈的匝數為5 6圈。
優選的，所述步驟2)中抽真空後充入氮氣的步驟為在真空度抽到-0.1MPa時停止 真空泵，並關閉通往真空泵的閥門；之後開啟氮氣瓶充入氮氣至氮氣壓力為0.4 0.5MPa， 然後關閉氮氣瓶和閥門。
優選的，所述步驟3)中升溫速率為3°C 5°C/min。
優選的，所述步驟4)中的保溫溫度為480 50(TC，保溫時間1 1.5小時。 優選的，所述步驟4)中的縱向磁場由纏繞在鐵芯上，且內部通過3V100A 5V100A 的直流電的銅線產生。
優選的，所述步驟6)中的環氧樹脂膜的厚度為1 2mrn。
本發明的非晶變壓器鐵芯熱處理工藝在熱處理過程中可以避免惡化性的晶化，同時在
此基礎上加入縱向磁場，使帶材晶粒有一定取向，從而達到更高的磁通值；同時可以使鐵 芯適度晶化產生納米晶相，並釋放因巻繞過程產生的機械應力，從而得到優良的磁性能， 有效降低非晶鐵芯的損耗、提升了磁通量。國產帶材繞制的鐵芯進行本發明的熱處理後能 夠達到實際應用標準，其設計變壓器鐵芯的單位鐵損低於0. 30W/kg，明顯低於使用常規熱 處理方法製得的變壓器鐵芯，具有良好的磁性能。
圖1典型非晶帶材的DSC曲線。 圖2非晶鐵芯熱處理爐的結構圖。
具體實施方式
實施例l
如圖1所示典型非晶帶材的DSC曲線，可以看出，非晶在750K和830K分別有一個 晶化峰。當加熱到750K附近時，各向同性的非晶相內部就開始形成晶相，超過750K時開 始進行初級晶化，而到達830K則開始次級晶化。初級晶化產生的aFe相，特別是均勻的 納米級ciFe相晶粒對非晶帶材的磁性能有很大提高。而次級晶化會大幅增加晶粒的尺寸反 而會惡化帶材磁性能。
如圖2所示的熱處理爐，由熱處理爐加熱膛l、熱處理爐真空膛2、加熱控溫裝置3、 加磁設備4、載物臺5、氮氣瓶7、真空泵8和壓力表9組成，其中熱處理爐真空膛2位 於熱處理爐加熱膛1內部，加熱控溫裝置3與熱處理爐加熱膛1固定連接，加磁設備4與 載物臺5位於熱處理爐真空膛2內部，真空泵8與熱處理爐真空膛2內部連通，氮氣瓶7 通過閥門6與熱處理爐真空膛2的內部連接，真空泵8通過閥門10與熱處理爐真空膛2的 內部連接，在真空泵8和熱處理爐真空膛2之間設有壓力表9。
將繞制好的國產非晶鐵芯放入熱處理爐真空膛2中，繞好5匝直4S 10mm包漆絕緣粗銅 線，蓋好爐蓋。打開閥門10和真空泵8，當真空度抽到-0.1MPa時停止真空泵8，並關閉通 往真空泵8的閥門10。之後打開閥門6和氮氣瓶7，充入氮氣，直到氮氣壓力為0.4MPa， 然後關閉氮氣瓶7和閥門6。設定升溫曲線，使升溫速率設定在3°C/min，保溫溫度48(TC， 保溫1小時。啟動加熱控溫裝置3開始升溫，升至保溫溫度48(TC後開始保溫，在保溫期間 加入5V100A的縱向磁場；保溫1小時後，停止加熱，開始隨爐冷卻，在降溫結束後停止 磁場；最後在鐵芯表面塗布環氧樹脂，塗布的環氧樹脂的厚度為2mm，環氧樹脂要將鐵芯 覆蓋完全，不能留孔隙。待樹脂凝固後即可拆下支撐框架，得到成品。
用電參數測量儀測定所製成品的性能，質量為61kg的鐵芯，空載損耗為16W，即空載 損耗0.262W/kg,符合使用要求0.30W/kg。
對比實驗數據使用相同的原料，應用常規技術進行熱處理(即在熱處理過程中不加 縱向磁場)。在真空熱處理爐中以8。C/min升溫至35(TC，保溫2h後，爐冷至室溫。最後在 鐵芯表面塗布環氧樹脂，塗布的環氧樹脂的厚度為2mm，待樹脂凝固後即可拆下支撐框架， 得到成品。取出測定其性能，重61kg的鐵芯，總鐵損為26.4W，單位鐵損為0.43W/kg。
由本實施例以及對比實驗數據可以看出與常規製備工藝相比，使用本實施例中的制 備工藝製成的鐵芯具有很低的空載損耗，因此具有更加良好的磁性能。
實施例2將繞制好的國產非晶鐵芯放入熱處理爐真空膛2中，繞好6匝直徑10mm包漆絕緣粗 銅線，蓋好爐蓋。打開閥門10和真空泵8，當真空度抽到-0.1MPa時停止真空泵8，並關閉 通往真空泵8的閥門l'0。之後打開閥門6和氮氣瓶7，充入氮氣，直到氮氣壓力為0.5MPa， 然後關閉氮氣瓶7和閥門6。設定升溫曲線，使升溫速率設定在5XVmin，保溫溫度50(TC， 保溫1.5小時。啟動加熱控溫裝置3開始升溫，升至保溫溫度50(TC後開始保溫，在保溫期 間加入3V100A的縱向磁場；保溫1小時後，停止加熱，開始隨爐冷卻，在降溫結束後停 止磁場；最後在鐵芯表面塗布環氧樹脂，塗布的環氧樹脂的厚度為lmm，環氧樹脂要將鐵 芯覆蓋完全，不能留孔隙。待樹脂凝固後即可拆下支撐框架，得到成品。
用電參數測量儀測定所製成品的性能，質量為61kg的鐵芯，空載損耗為18W,即空載 損耗0.295W/kg，符合使用要求030W/kg。
權利要求
1.一種熱處理爐，其特徵在於該熱處理爐由熱處理爐加熱膛、熱處理爐真空膛、加熱控溫裝置、加磁設備、載物臺、氮氣瓶、真空泵和壓力表組成，其中熱處理爐真空膛位於熱處理爐加熱膛內部，加熱控溫裝置與熱處理爐加熱膛固定連接，加磁設備與載物臺位於熱處理爐真空膛內部，真空泵與熱處理爐真空膛內部連通，氮氣瓶通過閥門與熱處理爐真空膛的內部連通，真空泵通過閥門與熱處理爐真空膛的內部連通，在真空泵和熱處理爐真空膛之間設有壓力表。
2、 —種非晶變壓器鐵芯熱處理工藝，其特徵在於，使用權利要求1中所述的熱處理爐進 行熱處理，該工藝包括如下步驟1) 將非晶鐵芯放入熱處理爐真空膛中，繞好加磁線圈；2) 抽真空後充入氮氣；3) 設定好升溫曲線，升溫至保溫溫度；4) 保溫，在保溫期間加入縱向磁場；5) 保溫結束後隨爐冷卻，在降溫結束後停止磁場；6) 在鐵芯表面塗布環氧樹脂膜。
3、 如權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於，所述步驟l)中加磁線圈的匝數為5 6圈。
4、 如權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於，所述抽真空後充入氮氣的步驟為在 真空度抽到-0.1MPa時停止真空泵，並關閉通往真空泵的閥門；之後開啟氮氣瓶充入 氮氣至氮氣壓力為0.4~0.5MPa，然後關閉氮氣瓶和閥門。
5、 根據權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於所述升溫速率為3'C 5'C/min,
6、 根據權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於所述步驟4)中的保溫溫度為460 500°C，保溫時間1 1.5小時。
7、 根據權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於所述步驟4)中的縱向磁場由纏繞 在鐵芯上，且內部通過3VW0A 5V100A的直流電的銅線產生。
8、 根據權利要求2所述的熱處理工藝，其特徵在於所述步驟6)中的環氧樹脂膜的厚 度為1 2mm。
全文摘要
本發明涉及電子材料與器件領域，公開了一種熱處理爐及使用該熱處理爐進行非晶變壓器鐵芯熱處理工藝，該熱處理爐由熱處理爐加熱膛、熱處理爐真空膛、加熱控溫裝置、加磁設備、載物臺、氮氣瓶、真空泵和壓力表組成。本發明對鐵芯進行熱處理工藝包括升溫、保溫、降溫三個階段，其中保溫、降溫階段加入縱向磁場。本發明的熱處理工藝可以使鐵芯適度晶化產生納米晶相，並釋放因卷繞過程產生的機械應力，從而得到優良的磁性能，有效降低非晶鐵芯的損耗、提升了磁通量。
文檔編號C21D1/76GK101575664SQ20091004995
公開日2009年11月11日 申請日期2009年4月24日 優先權日2009年4月24日
發明者彪 嚴, 宋建民, 鵬 董 申請人:同濟大學