一种非晶变压器铁芯热处理工艺.pdf

本发明涉及电子材料与器件领域，公开了一种热处理炉及使用该热处理炉进行非晶变压器铁芯热处理工艺，该热处理炉由热处理炉加热膛、热处理炉真空膛、加热控温装置、加磁设备、载物台、氮气瓶、真空泵和压力表组成。本发明对铁芯进行热处理工艺包括升温、保温、降温三个阶段，其中保温、降温阶段加入纵向磁场。本发明的热处理工艺可以使铁芯适度晶化产生纳米晶相，并释放因卷绕过程产生的机械应力，从而得到优良的磁性能，有效降低非晶铁芯的损耗、提升了磁通量。

1.  一种热处理炉，其特征在于：该热处理炉由热处理炉加热膛、热处理炉真空膛、加热控温装置、加磁设备、载物台、氮气瓶、真空泵和压力表组成，其中：热处理炉真空膛位于热处理炉加热膛内部，加热控温装置与热处理炉加热膛固定连接，加磁设备与载物台位于热处理炉真空膛内部，真空泵与热处理炉真空膛内部连通，氮气瓶通过阀门与热处理炉真空膛的内部连通，真空泵通过阀门与热处理炉真空膛的内部连通，在真空泵和热处理炉真空膛之间设有压力表。

2.  一种非晶变压器铁芯热处理工艺，其特征在于，使用权利要求1中所述的热处理炉进行热处理，该工艺包括如下步骤：
1)将非晶铁芯放入热处理炉真空膛中，绕好加磁线圈；
2)抽真空后充入氮气；
3)设定好升温曲线，升温至保温温度；
4)保温，在保温期间加入纵向磁场；
5)保温结束后随炉冷却，在降温结束后停止磁场；
6)在铁芯表面涂布环氧树脂膜。

3、  如权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于，所述步骤1)中加磁线圈的匝数为5～6圈。

4、  如权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于，所述抽真空后充入氮气的步骤为：在真空度抽到-0.1MPa时停止真空泵，并关闭通往真空泵的阀门；之后开启氮气瓶充入氮气至氮气压力为0.4～0.5MPa，然后关闭氮气瓶和阀门。

5、  根据权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于：所述升温速率为3℃～5℃/min，

6、  根据权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤4)中的保温温度为460～500℃，保温时间1～1.5小时。

7、  根据权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤4)中的纵向磁场由缠绕在铁芯上，且内部通过3V100A～5V100A的直流电的铜线产生。

8、  根据权利要求2所述的热处理工艺，其特征在于：所述步骤6)中的环氧树脂膜的厚度为1～2mm。

一种非晶变压器铁芯热处理工艺
技术领域
本发明一种变压器铁芯热处理工艺，特别涉及一种非晶变压器铁芯热处理工艺。
背景技术
近年来，能源短缺和环境污染问题日益严重，节能电力变压器的改进引起人们的关注。而一旦变压器被施以电压，变压器损耗就始终存在，无论负载的多少。衡量软磁材料革新最终的标准就是其减少变压器损耗的能力。材料的改进每年都能够节省价值数百亿美元的能源。其中，常规硅钢的改进、快速淬火工艺以及一些亚稳态材料的研究都为此做出了很多贡献。铁基非晶材料即亚稳态材料的一种，由于其具有优良的节能和环保性能，非晶变压器近年来倍受青睐。
非晶带材与传统的硅钢片相比，矫顽力、铁损小，电阻率高，其制成的变压器损耗要小。但缺点是饱和磁感低，叠片系数低，磁致伸缩高，会导致噪声高的问题。非晶带材加工技术要求高，且材质硬脆不能受力，其铁芯绕制热处理工艺复杂，是影响其推广的主要瓶颈。
根据相关文献报导，从非晶带材的DSC曲线中可知，非晶在750K和830K分别有一个晶化峰。当加热到750K附近时，各向同性的非晶相内部就开始形成晶相，超过750K时开始进行初级晶化，而到达830K则开始次级晶化。初级晶化产生的αFe相，特别是均匀的纳米级αFe相晶粒能够使非晶带材的磁性得到很大提高；然而次级晶化会大幅增加晶粒的尺寸，反而会恶化带材磁性能。因此，目前急需一种能够提高带材性能的变压器铁芯的热处理工艺。
发明内容
本发明的目的是根据现有技术中的不足，提供一种非晶变压器铁芯热处理工艺。
本发明第一方面提供了一种热处理炉，其特征在于：该热处理炉由热处理炉加热膛、热处理炉真空膛、加热控温装置、加磁设备、载物台、氮气瓶、真空泵和压力表组成，其中：热处理炉真空膛位于热处理炉加热膛内部，加热控温装置与热处理炉加热膛固定连接，加磁设备与载物台位于热处理真空膛内部，真空泵与热处理炉真空膛内部连通，氮气瓶通过阀门与热处理炉真空膛的内部连通，真空泵通过阀门与热处理炉真空膛的内部连通，在真空泵和热处理炉真空膛之间设有压力表。
本发明第二方面提供了一种利用上述热处理炉进行非晶变压器铁芯的热处理工艺，包括如下步骤：
1)将非晶铁芯放入热处理炉真空膛中，绕好加磁线圈；
2)抽真空后充入氮气；
3)设定好升温曲线，升温至保温温度；
4)保温，在保温期间加入纵向磁场；
5)保温结束后随炉冷却，在降温结束后停止磁场；
6)在铁芯表面涂布环氧树脂膜。
优选的，所述步骤1)中加磁线圈的匝数为5～6圈。
优选的，所述步骤2)中抽真空后充入氮气的步骤为：在真空度抽到-0.1MPa时停止真空泵，并关闭通往真空泵的阀门；之后开启氮气瓶充入氮气至氮气压力为0.4～0.5MPa，然后关闭氮气瓶和阀门。
优选的，所述步骤3)中升温速率为3℃～5℃/min。
优选的，所述步骤4)中的保温温度为480～500℃，保温时间1～1.5小时。
优选的，所述步骤4)中的纵向磁场由缠绕在铁芯上，且内部通过3V100A～5V100A的直流电的铜线产生。
优选的，所述步骤6)中的环氧树脂膜的厚度为1～2mm。
本发明的非晶变压器铁芯热处理工艺在热处理过程中可以避免恶化性的晶化，同时在此基础上加入纵向磁场，使带材晶粒有一定取向，从而达到更高的磁通值；同时可以使铁芯适度晶化产生纳米晶相，并释放因卷绕过程产生的机械应力，从而得到优良的磁性能，有效降低非晶铁芯的损耗、提升了磁通量。国产带材绕制的铁芯进行本发明的热处理后能够达到实际应用标准，其设计变压器铁芯的单位铁损低于0.30W/kg，明显低于使用常规热处理方法制得的变压器铁芯，具有良好的磁性能。
附图说明
图1典型非晶带材的DSC曲线。
图2非晶铁芯热处理炉的结构图。
具体实施方式
实施例1
如图1所示典型非晶带材的DSC曲线，可以看出，非晶在750K和830K分别有一个晶化峰。当加热到750K附近时，各向同性的非晶相内部就开始形成晶相，超过750K时开始进行初级晶化，而到达830K则开始次级晶化。初级晶化产生的αFe相，特别是均匀的纳米级αFe相晶粒对非晶带材的磁性能有很大提高。而次级晶化会大幅增加晶粒的尺寸反而会恶化带材磁性能。
如图2所示的热处理炉，由热处理炉加热膛1、热处理炉真空膛2、加热控温装置3、加磁设备4、载物台5、氮气瓶7、真空泵8和压力表9组成，其中：热处理炉真空膛2位于热处理炉加热膛1内部，加热控温装置3与热处理炉加热膛1固定连接，加磁设备4与载物台5位于热处理炉真空膛2内部，真空泵8与热处理炉真空膛2内部连通，氮气瓶7通过阀门6与热处理炉真空膛2的内部连接，真空泵8通过阀门10与热处理炉真空膛2的内部连接，在真空泵8和热处理炉真空膛2之间设有压力表9。
将绕制好的国产非晶铁芯放入热处理炉真空膛2中，绕好5匝直径10mm包漆绝缘粗铜线，盖好炉盖。打开阀门10和真空泵8，当真空度抽到-0.1MPa时停止真空泵8，并关闭通往真空泵8的阀门10。之后打开阀门6和氮气瓶7，充入氮气，直到氮气压力为0.4MPa，然后关闭氮气瓶7和阀门6。设定升温曲线，使升温速率设定在3℃/min，保温温度480℃，保温1小时。启动加热控温装置3开始升温，升至保温温度480℃后开始保温，在保温期间加入5V100A的纵向磁场；保温1小时后，停止加热，开始随炉冷却，在降温结束后停止磁场；最后在铁芯表面涂布环氧树脂，涂布的环氧树脂的厚度为2mm，环氧树脂要将铁芯覆盖完全，不能留孔隙。待树脂凝固后即可拆下支撑框架，得到成品。
用电参数测量仪测定所制成品的性能，质量为61kg的铁芯，空载损耗为16W，即空载损耗0.262W/kg，符合使用要求0.30W/kg。
对比实验数据：使用相同的原料，应用常规技术进行热处理(即在热处理过程中不加纵向磁场)。在真空热处理炉中以8℃/min升温至350℃，保温2h后，炉冷至室温。最后在铁芯表面涂布环氧树脂，涂布的环氧树脂的厚度为2mm，待树脂凝固后即可拆下支撑框架，得到成品。取出测定其性能，重61kg的铁芯，总铁损为26.4W，单位铁损为0.43W/kg。
由本实施例以及对比实验数据可以看出：与常规制备工艺相比，使用本实施例中的制备工艺制成的铁芯具有很低的空载损耗，因此具有更加良好的磁性能。
实施例2
将绕制好的国产非晶铁芯放入热处理炉真空膛2中，绕好6匝直径10mm包漆绝缘粗铜线，盖好炉盖。打开阀门10和真空泵8，当真空度抽到-0.1MPa时停止真空泵8，并关闭通往真空泵8的阀门10。之后打开阀门6和氮气瓶7，充入氮气，直到氮气压力为0.5MPa，然后关闭氮气瓶7和阀门6。设定升温曲线，使升温速率设定在5℃/min，保温温度500℃，保温1.5小时。启动加热控温装置3开始升温，升至保温温度500℃后开始保温，在保温期间加入3V100A的纵向磁场；保温1小时后，停止加热，开始随炉冷却，在降温结束后停止磁场；最后在铁芯表面涂布环氧树脂，涂布的环氧树脂的厚度为1mm，环氧树脂要将铁芯覆盖完全，不能留孔隙。待树脂凝固后即可拆下支撑框架，得到成品。
用电参数测量仪测定所制成品的性能，质量为61kg的铁芯，空载损耗为18W，即空载损耗0.295W/kg，符合使用要求0.30W/kg。