CN109628707A - 一种高速电机电芯材料的退火处理方法 - Google Patents

一种高速电机电芯材料的退火处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高速电机电芯材料的退火处理方法，属于高速电机电芯软磁材料加工技术领域，所述高速电机电芯材料的退火处理方法包括如下步骤：将高速电机电芯材料的冷坯料先冷轧至20～25mm块料，再进行第一次退火处理；将第一次退火处理后的坯料破碎至4～5mm，接着进行二次退火处理；将第二次退火处理后的坯料再用球磨机粉碎成100目以下的细粉，接着进行三次退火处理。本发明通过合理安排三次退火处理，使高速电机电芯材料的矫顽力大大降低，磁导率得到提高，进而提高高速电机电芯材料的性能。

Description

一种高速电机电芯材料的退火处理方法
技术领域
本发明公开一种高速电机电芯材料的退火处理方法。属于高速电机电芯软磁材料加工技术领域。
背景技术
高速电机电芯材料是一种磁性材料，它具有优异的磁性特征和节能、节材、环保效果，是其它磁性材料无法比拟的高性能材料。现已作为一种重要的功能性材料，已被广泛应用在纯电动汽车、高铁、军事（电磁弹射）等方面。高速电机电芯材料目前常用的退火处理的较常见的有传统应力退火方法、激光退火方式和传统退火方法等。
传统应力退火方法的是在退火时加入外部应力来改变磁材料特性。这种方法在Co基非晶丝(带) 都有大量的实验研究，并得到很好的结果。但是运用在高速电机电芯材料中对材料中的矫顽力并不理想，这是由于高速电机电芯材料的非晶带与Co基非晶带的磁畴结构不一样，传统应力退火减小了其横向各向异性所以出现降低，此种方式不适合高速电机电芯材料。
激光退火方式是一种通过激光能量来改变材料的微结构，进而增加材料各向异性能，由于各向异性能的改变，材料各项软磁性能都随之改变，从而降低材料的矫顽力及提高磁导率。由于其相比传统的退火方式具有非接触，执行快速(仅需几微秒)以及无需任何气氛等优点，被人们认为降低材料的矫顽力及提高磁导率的最佳方式，但其设备昂贵，所以不能很好的推广。
而传统退火方法，这种方法的技术原理是将样品放在一定的气氛下或真空中进行一定时间的加热处理，通过释放材料的内部应力，提高横向各向异性来降低材料的矫顽力及提高磁导率，国内较多厂家使用的是一次退火法，将这种方法制造出来的高速电机电芯材料矫顽力及磁导率仍不到较好的性能指标。
发明内容：
为解决上述问题，本发明提出本通过合理安排三次退火处理，使高速电机电芯材料的矫顽力大大降低，磁导率得到提高，进而提高高速电机电芯材料的性能。同时该方法操作简单，适于工业生产以及实验室推广使用。
为了实现上述方案的目的，设计了本发明中叙述的技术改进方案。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于，所述退火处理包括如下步骤：
第一次退火处理：将高速电机电芯块料送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入Ar+CO的混合气体，控制气体流量为200mL/min，使真空退火炉内气体恒压压力为0.2 Mpa；启动加热装置，升温，恒温保温；关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
第二次退火处理：将第一次退火后的坯料取出，用鄂式破碎机破碎，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入CO2+ H2的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；启动加热装置，升温，恒温保温；将温度控制器的温度调低，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至一定温度，保温，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
第三次退火处理：将第二次退火后的坯料取出，用球磨机粉碎至粒径≤100目，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入N2+Ar的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；导入磁场，调节磁场的磁感应强度，启动加热装置，升温，恒温保温；温度控制器的温度调低，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至一定温度，保温，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温。
作为优选，所述的高速电机电芯块料其化学成份按质量百分比为4.5%Si、8.5%B、0.2%P、0.7%Cu、0.7%Nb，Fe为余量。
作为优选，第一次退火处理时，所述的高速电机电芯的块料是用冷轧机轧为直径为20～25mm；通入Ar+CO混合气体的体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体；升温保温的真空退火炉内的温度为500～550℃；保温的时间是2～3h。
作为优选，第二次退火处理时，用所述鄂式破碎机破碎后的材料的粒度为4～5mm，通入CO2+ H2的混合气体的体积比例为60%CO2+ 40%H2的混合气体；升温保温的真空退火炉内的温度为1000～1100℃，保温的时间是3～4 h。
作为优选，第二次退火处理降温时，先通过温度控制器将温度调低至900～950℃，保温的时间是3～4 h,然后以降温速度≥30℃/min降至室温。
作为优选，第三次退火处理时，用所述球磨机粉碎后的材料的粒度≤100目，通入N2+ Ar的混合气体的体积比例为50%N2+50%Ar的混合气体；导入磁感应强度大小为0. 1～0.3T：升温保温的真空退火炉内的温度为1150～1200℃，保温的时间是6～8h。
作为优选，第三次退火处理降温时，先通过温度控制器将温度调低至850～900℃，保温的时间是3～4 h，然后以降温速度≥30℃/min降至室温。
本发明相比现有技术具有以下突出特点：
1、本发明利用三次退火，逐步改变了高速电机电芯材料的微观结构，增大材料的晶化体积分数，改变材料滞回线的形状；
2、本发明三次退火中所选择的退火温度，提高了材料的感生各向异性，原子扩散较显著，金相分布均匀；
3、本发明在第三次退火过程中，导入了磁场，给材料增加了单轴磁各向异性，当进行磁场热处理时，Fe-Si原子的位置发生互换，即而发生能量的变化，提高了感生各向异性；
4、本发明采用了压缩冷空气快速冷却方式进行了冷却，缩短了退火时间，使材料中各原子的方向被有序的冷冻起来，提高了感生各向异性；
5、本发明通过第一退火采用体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体气氛进行保护，提高材料的导磁性能；第二退火采用体积比例为60%CO2+40%H2的混合气体气氛进行保护，可防止在退火过程中材料被氧化；第三退火采用体积比例为50%N2+50% Ar的混合气体气氛进行保护，退火过程稳定，不会产生分解；
与现有技术相比，本发明提供的材料退火工艺具有增大晶化体积分数、改变材料滞回线的形状、材料金项分布均匀、感生各向异性得到了提高，从而大大降低了该材料中的矫顽力，提高了磁导率。
具体实施方式：
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式并不局限于实施例表示的范围。
实施例1：
⑴将直径为20mm、化学成份为4.5%Si、8.5%B、 0.2%P、0.7%Cu、0.7%Nb，Fe为余量的高速电机电芯块料送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体，控制气体流量为200mL/min，使真空炉内气体恒压压力为0.2 Mpa；
⑵启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为500℃；保温2h；关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑶将第一次退火后的坯料取出，用鄂式破碎机破碎至粒度4mm，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为60%CO2+40%H2的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑷启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1000℃，保温的时间是3 h；
⑸将温度控制器的温度调低900℃，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，降温至900℃，保温3 h，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑹将第二次退火后的坯料取出，用球磨机粉碎至粒径≤100目，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为50%N2+50% Ar的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑺导入磁感应强度大小为0. 1T的磁场，启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1150℃，保温6h；
⑻温度控制器的温度调低至850℃，通入压缩冷空气，调节冷空气流量为30L/min，快速降温的降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至850℃，保温3 h。关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温。
实施例2：
⑴将直径为22.5mm、化学成份为4.5%Si、8.5%B、 0.2%P、0.7%Cu、0.7%Nb，Fe为余量的高速电机电芯块料送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体，控制气体流量为200mL/min，使真空炉内气体恒压压力为0.2 Mpa；
⑵启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为525℃；保温2.5h；关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑶将第一次退火后的坯料取出，用鄂式破碎机破碎至粒度4.5mm，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为60%CO2+40%H2的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑷启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1050℃，保温的时间是3.5 h；
⑸将温度控制器的温度调低925℃，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，降温至925℃，保温3 h，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑹将第二次退火后的坯料取出，用球磨机粉碎至粒径≤100目，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为50%N2+50% Ar的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑺导入磁感应强度大小为0. 2T的磁场，启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1175℃，保温7h；
⑻温度控制器的温度调低至850℃，通入压缩冷空气，调节冷空气流量为30L/min，快速降温的降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至875℃，保温3.5 h。，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
实施例3：
⑴将直径为25mm、化学成份为4.5%Si、8.5%B、 0.2%P、0.7%Cu、0.7%Nb，Fe为余量的高速电机电芯块料送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体，控制气体流量为200mL/min，使真空炉内气体恒压压力为0.2 Mpa；
⑵启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为550℃；保温3h；关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑶将第一次退火后的坯料取出，用鄂式破碎机破碎至粒度5mm，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为60%CO2+40%H2的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑷启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1100℃，保温的时间是4 h；
⑸将温度控制器的温度调低950℃，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，降温至950℃，保温3 h，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
⑹将第二次退火后的坯料取出，用球磨机粉碎至粒径≤100目，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入体积比例为50%N2+50% Ar的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；
⑺导入磁感应强度大小为0. 3T的磁场，启动加热装置，升温保温的真空退火炉内的温度为1200℃，保温8h；
⑻温度控制器的温度调低至900℃，通入压缩冷空气，调节冷空气流量为30L/min，快速降温的降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至900℃，保温4 h。关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
对照实施例3-1：
本对照实施采用实施例3中，只进行一次退火工艺制作的电机电芯材料作为对比案例。
对照实施例3-2：
本对照实施采用实施例3中，只进行二次退火工艺制作的电机电芯材料作为对比案例。
以上实施案例制备的材料性能参数，测试结果如下表：
案例名称 矫顽力（Hc）A/m 起始磁导率μ<sub>i</sub> 最大磁导率μ<sub>i</sub> 备注
实施例1 2.9×10<sup>5</sup> 12000 31000
实施例2 2.7×10<sup>5</sup> 12000 33000
实施例3 2.8×10<sup>5</sup> 12000 32000
对照实施例3-1 8.0×10<sup>5</sup> 8000 15000
对照实施例3-2 6.2×10<sup>5</sup> 10000 23000
由上表可以看出，
实施例1-3退火方式制备的电机电芯材料磁性能参数：矫顽力均＜3.0×105 A/m，最大磁导率μi均＞30000。
对照实施例3-1.3-2退火方式制备的电机电芯材料矫顽力明显高于实施例1-3，最大磁导率μi明显低于实施例1-3。
可见，通过合理安排三次退火处理，使高速电机电芯材料的矫顽力大大降低，磁导率得到提高，进而提高高速电机电芯材料的性能。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于，所述退火处理包括如下步骤：
第一次退火处理：将高速电机电芯块料送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入Ar+CO的混合气体，控制气体流量为200mL/min，使真空退火炉内气体恒压压力为0.2 Mpa；启动加热装置，升温，恒温保温；关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
第二次退火处理：将第一次退火后的坯料取出，用鄂式破碎机破碎，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入CO2+ H2的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；启动加热装置，升温，恒温保温；将温度控制器的温度调低，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至一定温度，保温，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温；
第三次退火处理：将第二次退火后的坯料取出，用球磨机粉碎至粒径≤100目，然后送入真空退火炉内，关上炉门，使整个真空退火炉内形成密闭腔体，抽真空，真空度为-0.1Mpa；然后通入N2+Ar的混合气体，控制气体流量200mL/min，使气体压力恒压为0.2 Mpa；导入磁场，调节磁场的磁感应强度，启动加热装置，升温，恒温保温；温度控制器的温度调低，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至一定温度，保温，关闭加热装置，通入压缩冷空气快速降温，调节冷空气流量为30L/min，降温速度≥30℃/min，使高速电机电芯材料快速降至室温。
2.根据权利要求1所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：所述的高速电机电芯块料其化学成份按质量百分比为4.5%Si、8.5%B、 0.2%P、0.7%Cu、0.7%Nb，Fe为余量。
3.根据权利要求1所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：第一次退火处理时，所述的高速电机电芯的块料是用冷轧机轧为直径为20～25mm；通入Ar+CO混合气体的体积比例为80%Ar+20%CO的混合气体；升温保温的真空退火炉内的温度为500～550℃；保温的时间是2～3h。
4.根据权利要求1所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：第二次退火处理时，用所述鄂式破碎机破碎后的材料的粒度为4～5mm，通入CO2+ H2的混合气体的体积比例为60%CO2+ 40%H2的混合气体；升温保温的真空退火炉内的温度为1000～1100℃，保温的时间是3～4 h。
5.根据权利要求4所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：第二次退火处理降温时，先通过温度控制器将温度调低至900～950℃，保温的时间是3～4 h,然后以降温速度≥30℃/min降至室温。
6.根据权利要求1所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：第三次退火处理时，用所述球磨机粉碎后的材料的粒度≤100目，通入N2+ Ar的混合气体的体积比例为50%N2+50%Ar的混合气体；导入磁感应强度大小为0. 1～0.3T：升温保温的真空退火炉内的温度为1150～1200℃，保温的时间是6～8h。
7.根据权利要求6所述高速电机电芯材料的退火处理方法，其特征在于：第三次退火处理降温时，先通过温度控制器将温度调低至850～900℃，保温的时间是3～4 h，然后以降温速度≥30℃/min降至室温。
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