一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种节能电机的导磁合金材料及其制备方法。该合金材料由以下原子配比的合金制成：（Fe1-x-yAlxNiy）1-a-b-c（Si1-zNbz）aBbCc，其中x=0.23-0.35，y=0.12-0.15，z=0.3-0.33，a=0.23-0.27，b=0.05-0.07，c=0.02-0.03。该方法包括如下步骤：（1）制备合金；（2）材料热处理。本发明制备的导磁合金，采用Al和Ni替代部分Fe以提高材料的导磁性能，掺杂C和Nb提高了材料的磁饱和强度，掺杂Si、B等非金属元素，来提高材料的电阻率。因此，该材料用于节能电机的导条时，具有较好的磁性能和较低的能量损耗。

权利要求

1.一种节能电机的导磁合金材料，其特征在于该合金材料由以下原子配比的合金制成：(Fe1-x-yAlxNiy)1-a-b-c(Si1-zNbz)aBbCc，其中x＝0.23-0.35，y＝0.12-0.15，z＝0.3-0.33，a＝0.23-0.27，b＝0.05-0.07，c＝0.02-0.03。

2.一种如权利要求1所述的导磁合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)制备合金

按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，熔炼温度为1450-1480℃下冶炼，反复熔炼3-5次，每次磁力搅拌1-3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中元素Fe、Al、Ni、Nb、Si、C、B采用纯度不低于99.9％的原料；

将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在甲烷和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20-30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1-1.5MPa，得到非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在甲烷：H2＝1：3-1:4；

(2)材料热处理

将上述合金薄带按照设计尺寸堆叠切割成预成型件，在氩气保护下，以5-10℃/min的升温速度升温至850-900℃，保温3-5h后，以10-15℃/min的降温速度等温退火至室温，得到权利要求1所述的导磁合金材料。

说明书

一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法

所属技术领域

[0001] 本发明涉一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 随着工业化进程加速，能源问题已成为当代社会的焦点问题，节能材料的研究已经成为材料研究的一个重要方面。电机作为各类机械的重要基础部件之一，其效率高低对节约能源乃至经济的可持续发展有着重大影响。

[0003] 在一些新型节能异步电机或高性能自起动永磁电机的转子导条设计中，需要采用一些新型合金材料，既要有一定的导电率，同时又具有一定的导磁率。当电机在起动过程中，转子从静止开始加速旋转，定子电流形成的磁场与转子之间以较高的相对运动速度运动，因此此时转子导条中感应电动势和感应电流的频率接近定子电流频率，转子铁心中磁场的交变频率也接近定子电流频率。由于转子的集肤效应，当频率较高时，磁场在转子中的透入深度比较浅，也就是说从转子铁心表面开始往转子内部随着深度的增加，磁场逐渐变小。这样使得转子导条中的电流主要集中在导条靠近转子铁心表面的区域，越往转子内部，导条中电流密度越小，使转子的等效电阻变大，从而减小了电机起动时的定子电流。根据异步电机的工作原理，转子电阻在一定范围内增大，使电机的起动转矩得到提高。随着转子转速的不断增大，转子中磁场的交变频率逐渐降低，集肤效应越来越不明显，转子导条中的电流密度逐渐趋于均匀分布，转子的等效电阻变小，使带一定负载的电机异步运行的机械特性的斜率变小，对于异步电机效率得到提高；对于自起动永磁电机，更容易把电机牵入同步状态，提高了永磁电机牵入同步的能力。

[0004] 因此，需要提供一种导磁合金材料，其具有较高的导磁率和电阻率，以满足节能电机导条的上述需求。

发明内容

[0005] 本发明提供一种用于节能电机的导磁合金材料及其制备方法，导磁合金材料，具有优异的导磁性能和高电阻率。

[0006] 为了实现上述目的，本发明提供的一种节能电机的导磁合金材料，其特征在于该合金材料由以下原子配比的合金制成：（Fe1-x-yAlxNiy）1-a-b-c（Si1-zNbz）aBbCc，其中x=0.23-0.35，y=0.12-0.15，z=0.3-0.33，a=0.23-0.27，b=0.05-0.07，c=0.02-0.03。

[0007] 为了实现上述目的，并发明还提供了一种上述导磁合金材料的的制备方法，该方法包括如下步骤：

[0008] （1）制备合金

[0009] 按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，熔炼温度为1450-1480℃下冶炼，反复熔炼3-5次，每次磁力搅拌1-3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中元素Fe、Al、Ni、Nb、Si、C、B采用纯度不低于99.9%的原料；

[0010] 将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在甲烷和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20-30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1-1.5Mpa，非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在甲烷：H2=1：3-1:4；

[0011] （2）材料热处理

[0012] 将上述合金薄带设计尺寸堆叠切割成预成型件，在氩气保护下，以5-10℃/min的升温速度升温至850-900℃，保温3-5h后，以10-15℃/min的降温速度等温退火至室温，得到本发明的导磁合金材料。

[0013] 本发明制备的导磁合金，采用Al和Ni替代部分Fe以提高材料的导磁性能，掺杂C和Nb提高了材料的磁饱和强度，掺杂Si、B等非金属元素，来提高材料的电阻率。因此，该材料用于节能电机的导条时，具有较好的磁性能和较低的能量损耗。

具体实施方式

[0014] 实施例一

[0015] 本实施例的节能电机的导磁合金材料，由以下原子配比的合金制成：（Fe0.65Al0.23Ni0.12）0.7（Si0.7Nb0.3）0.23B0.05C0.02。

[0016] 按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，熔炼温度为1450℃下冶炼，反复熔炼5次，每次磁力搅拌3min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中元素Fe、Al、Ni、Nb、Si、C、B采用纯度不低于99.9%的原料。

[0017] 将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在甲烷和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为20m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1Mpa，非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在甲烷：H2= 1：3。

[0018] 将上述合金薄带设计尺寸堆叠切割成预成型件，在氩气保护下，以5℃/min的升温速度升温至850℃，保温5h后，以10℃/min的降温速度等温退火至室温，得到本发明的导磁合金材料。

[0019] 实施例二

[0020] 本实施例的节能电机的导磁合金材料，由以下原子配比的合金制成：（Fe1-x-yAl0.35Ni0.15）0.63（Si0.67Nb0.33）0.27B0.07C0.03。

[0021] 按照上述原子配比将原材料混合，置于磁悬浮熔炼炉中熔炼，熔炼在真空下进行，熔炼温度为1480℃下冶炼，反复熔炼3次，每次磁力搅拌1min，熔炼完成后注到水冷铜模中得到合金铸锭，其中元素Fe、Al、Ni、Nb、Si、C、B采用纯度不低于99.9%的原料。

[0022] 将铸锭置于真空中频速凝感应炉中，抽真空，通入氩气，待原材料全部熔化后施以电磁搅拌精炼，在甲烷和H2混合气氛保护下，将熔融合金喷射到辊速为30m/s铜辊上快速急冷，喷射压强为1.5Mpa，非晶态合金薄带，其中，混合气氛的比例由流量阀精确控制，且两者流量体积比严格限制在甲烷：H2=1:4。

[0023] 将上述合金薄带设计尺寸堆叠切割成预成型件，在氩气保护下，以10℃/min的升温速度升温至900℃，保温3h后，以15℃/min的降温速度等温退火至室温，得到本发明的导磁合金材料。

[0024] 比较例