EER26型铁芯热处理工艺的优化
EER26型铁芯热处理工艺的优化[20200413193542]
摘要
Fe-50Ni合金是一种具有高磁导率和低矫顽力的软磁合金，被广泛的应用于各个行业。
本课题与T厂的实际生产相结合，以Fe-50Ni合金粉末为原料，采用模压法制取EER型磁粉芯，讨论了热处理温度和密度对磁粉芯磁气性能（μ值和Pcm值）的影响；通过对热处理炉内温度的实时检测发现，T厂的热处理炉内温度分布不均，需要强制对流；研究了T厂实际生产时所用的热处理工艺，从而加以优化；利用MATLAB软件对产品的磁气性能进行预测，取得较好的效果，可为实际生产提供一定的理论指导。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:Fe-50Ni热处理μPcm
目录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2软磁材料 1
1.2.1软磁合金 2
1.2.2金属磁粉芯 3
1.3T厂EER-26型平面磁芯的生产全过程 4
1.3.1 粉末性能检测 4
1.3.2造粒 4
1.3.3成型 5
1.3.4热处理 6
1.3.5研磨 6
1.3.6磁气特性检测 6
1.3.7外观检测 7
1.4课题研究的内容与意义 7
2. 实验内容 8
2.1实验材料 8
2.2实验仪器与设备 10
2.2.1热处理设备 10
2.2.2 其他设备 10
2.3实验方案及过程 11
2.3.1实验流程 11
2.3.2方案拟定 11
3. 结果与讨论 13
3.1炉内摆放位置 13
3.2 产品外观质量 14
3.2.1缺损统计 15
3.2.2外观分析 17
3.2.3 热处理炉的升温曲线 18
3.3 热处理温度对产品磁气性能的影响 19
3.3.1对产品μ值的影响 19
3.3.2对产品Pcm值的影响 19
3.4 产品密度对产品磁气性能的影响 20
3.4.1对产品μ值的影响 20
3.4.2对产品Pcm值的影响 21
3.5产品磁气性能预测 22
3.5.1 BP网络的原理 22
3.5.2 BP网络模型确定 22
3.5.3 BP模型训练与验证 23
3.6 结论 26
参考文献 27
致谢 28
1. 绪论
1.1引言
随着电子信息技术的迅速发展，高频化、集成制造、平面化及高功率密度成为电子变压器的主要发展方向，这也就意味着对磁性器件的选材、结构、设计和制造提出了都提出了较高的要求，如器件的微型化、集成化、平面化、高频化、高效率、低损耗等。这也就意味着要求电子领域的关键器件的磁性器件必需也要有较大的提高和发展，无论是在产品结构、性能还是在外形尺寸上，都必须进行改善以适应现代电子信息技术的发展要求。
成功的研发出平面磁芯，使得变压器实现了平面化的设计与制造。由于平面变压器具有特殊的平面结构和绕组紧密耦合的特点，不仅使其高频寄生参数在很大程度上的得到了进一步的下降，而且还使其具有很高的功率密度，因而开关电源的工作状态得打了极大的改善，因此平面变压器在开关电源领域的应用极为广泛。平面变压器与传统的变压器的最大的不同点在于其磁芯和线圈绕组。平面变压器采用的磁芯是扁平的磁芯，其具有较大磁路长度比和磁表面积，使其既减小了热阻，又增加了散热面积，从而提高了磁芯的功率密度；另外，平面磁芯不仅增大了励磁电感，而且减小了空载损耗，减小了漏感，从而提高了工作效率。由于平面变压器高功率密度、高效率、高可靠、低电磁干扰、磁路模型建造、磁集成、低压大电流的特点，使其在电信、电焊机、计算机、工业控制等领域也得到了极为广泛的应用。
特殊的形状构造使得平面变压器有着如此多的优点和广泛的应用前景。对于现代拥有先进生产设备企业来说，生产特殊的形状构造的磁芯是一件很容易的事，而真正决定其拥有特殊性能的则是生产磁芯的磁性材料和对成型磁芯的处理方式，因此选择合适的磁性材料以及良好的制作工艺是保证平面变压器拥有良好品质的前提。
1.2软磁材料
磁性材料根据其自身特点，主要分为软磁材料和硬磁材料两种。在所有磁性材料中，软磁材料是应用比较广泛、种类比较多的一类磁性材料，它能够迅速响应外磁场的变化，能够以非常低损耗地获得很高磁感应强度且矫顽力低于100A/m的材料。一般软磁性材料拥有磁滞回线面积小且窄、矫顽力较小、起始磁导率和最大磁导率都较高的特点。外部因素如：杂质、温度、应力等对磁性材料磁导率和矫顽力的影响都较为明显。
1.2.1软磁合金
金属软磁材料一般以合金为主，称为软磁合金，其拥有较低矫顽力和较高磁导率的优点，饱和磁感应强度是软磁合金的重要性能参数。磁芯的必须要拥有良好的磁化率，而磁性体的高饱和磁感应强度和较小的磁化阻力小是实现高磁化率的保证，在实际生产中，减少磁芯内的杂质和去除加工应力则可以实现磁芯的高磁化率。
1.2.1.1软磁合金的磁特性：
(1)矫顽力(Hc)和磁滞损耗(Wh)低；
(2)电阻率(ρ)高，涡流损耗(We)很低；
(3)起始磁导率(μ0)和最大磁导率(μm)高；
(4)饱和磁感(Bs)高；
1.2.1.2软磁合金的种类
目前在工业上应用比较广泛的有四大软磁合金，它们是铁基软磁合金、Fe-Ni系软磁合金、非晶态软磁合金和软磁铁氧体合金四大类。
（1）铁基软磁合金
铁基软磁合金是指以铁为主要成分的软磁合金。常见的铁基软磁合金有硅钢、Fe-Si软磁合金和Fe-Si-Al软磁合金[1]。
（2）Fe-Ni系软磁合金
该软磁合金系是指Ni的质量百分比在30％～90％的二元合金，也称坡莫合金，通过改变合金元素比重以及合适的加工工艺，可在一定程度上改善合金的磁气性能，从而获得理想的磁气特性，如高导磁率。该系软磁有良好的塑性，是一种应力敏感型材料[1]。
（3）非晶态软磁合金
没有晶粒和长程无序是非晶态软磁合金的一大特点，该系软磁合金又被称为非晶金属。该系合金是一种具有较高的磁导率、较大的电阻率、较小的矫顽力和具有良好各向同性的应力不敏感型的材料，而且该系合金还具有较好的耐蚀和高强度的特点。相比于晶态软磁材料，非晶态软磁合金具有较低的磁性转变点，由于其众多的优点，该系合金具有非常广阔的应用和开发前景。
（4）软磁铁氧体
软磁铁氧体是铁氧体磁性材料中的一大类，具有高频低涡流损耗的优点，但是由于其饱和磁化强度比金属软磁材料低，其使用范围也受到了极大的限制。
1.2.2金属磁粉芯
在金属软磁材料中，金属粉末软磁材料无疑扮演着非常重要的角色。磁性金属粉末由于其颗粒粒径细小，而且在生产时一般用绝缘性粉末将其包裹，因此，材料一方面可以降低涡流损耗，因而适用于较高的工作频率； 另一方面由于粉末颗粒之间的间隙效应，使得材料具有低导磁率和恒导磁的特性[1]；又由于粉末颗粒粒径细小，使其发生集肤效应的可能性极小，而且磁导率也具有良好的宽频稳定性。在磁化时，大量的能量会存储在磁粉芯的分布气隙中，而磁粉芯中分布气隙则是由磁粉芯中的非磁性物质所导致。通过改变粉末颗粒尺寸、磁性材料与复合材料的比例使的带分布气隙的磁粉芯具有不同有效磁导率。
1.2.2.1磁粉芯的种类
按照磁芯材料的种类，可以将磁粉芯大致分为以下几类: 铁粉芯、Fe-Si-Al粉芯、高磁通密度粉芯、坡莫合金粉芯、铁氧体粉芯和非晶磁粉芯。金属磁粉芯在软磁材料系起着举足轻重的作用，由于其具有独特的性能，使其在各种电子电路中都得到了极为广泛的应用。小型化、智能化和集成化成为现代磁性器件的主要发展方向，也因此使磁性器件高频化、磁导率宽频稳定性和具有高品质因数成为了可能，相比于其他材料，由于金属磁粉芯自身独特的磁性能，使其在特殊场合的应用有着不可比拟的优势。
摘要
Fe-50Ni合金是一种具有高磁导率和低矫顽力的软磁合金，被广泛的应用于各个行业。
本课题与T厂的实际生产相结合，以Fe-50Ni合金粉末为原料，采用模压法制取EER型磁粉芯，讨论了热处理温度和密度对磁粉芯磁气性能（μ值和Pcm值）的影响；通过对热处理炉内温度的实时检测发现，T厂的热处理炉内温度分布不均，需要强制对流；研究了T厂实际生产时所用的热处理工艺，从而加以优化；利用MATLAB软件对产品的磁气性能进行预测，取得较好的效果，可为实际生产提供一定的理论指导。
*查看完整论文请 +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
关键字:Fe-50Ni热处理μPcm
目录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2软磁材料 1
1.2.1软磁合金 2
1.2.2金属磁粉芯 3
1.3T厂EER-26型平面磁芯的生产全过程 4
1.3.1 粉末性能检测 4
1.3.2造粒 4
1.3.3成型 5
1.3.4热处理 6
1.3.5研磨 6
1.3.6磁气特性检测 6
1.3.7外观检测 7
1.4课题研究的内容与意义 7
2. 实验内容 8
2.1实验材料 8
2.2实验仪器与设备 10
2.2.1热处理设备 10
2.2.2 其他设备 10
2.3实验方案及过程 11
2.3.1实验流程 11
2.3.2方案拟定 11
3. 结果与讨论 13
3.1炉内摆放位置 13
3.2 产品外观质量 14
3.2.1缺损统计 15
3.2.2外观分析 17
3.2.3 热处理炉的升温曲线 18
3.3 热处理温度对产品磁气性能的影响 19
3.3.1对产品μ值的影响 19
3.3.2对产品Pcm值的影响 19
3.4 产品密度对产品磁气性能的影响 20
3.4.1对产品μ值的影响 20
3.4.2对产品Pcm值的影响 21
3.5产品磁气性能预测 22
3.5.1 BP网络的原理 22
3.5.2 BP网络模型确定 22
3.5.3 BP模型训练与验证 23
3.6 结论 26
参考文献 27
致谢 28
1. 绪论
1.1引言
随着电子信息技术的迅速发展，高频化、集成制造、平面化及高功率密度成为电子变压器的主要发展方向，这也就意味着对磁性器件的选材、结构、设计和制造提出了都提出了较高的要求，如器件的微型化、集成化、平面化、高频化、高效率、低损耗等。这也就意味着要求电子领域的关键器件的磁性器件必需也要有较大的提高和发展，无论是在产品结构、性能还是在外形尺寸上，都必须进行改善以适应现代电子信息技术的发展要求。
成功的研发出平面磁芯，使得变压器实现了平面化的设计与制造。由于平面变压器具有特殊的平面结构和绕组紧密耦合的特点，不仅使其高频寄生参数在很大程度上的得到了进一步的下降，而且还使其具有很高的功率密度，因而开关电源的工作状态得打了极大的改善，因此平面变压器在开关电源领域的应用极为广泛。平面变压器与传统的变压器的最大的不同点在于其磁芯和线圈绕组。平面变压器采用的磁芯是扁平的磁芯，其具有较大磁路长度比和磁表面积，使其既减小了热阻，又增加了散热面积，从而提高了磁芯的功率密度；另外，平面磁芯不仅增大了励磁电感，而且减小了空载损耗，减小了漏感，从而提高了工作效率。由于平面变压器高功率密度、高效率、高可靠、低电磁干扰、磁路模型建造、磁集成、低压大电流的特点，使其在电信、电焊机、计算机、工业控制等领域也得到了极为广泛的应用。
特殊的形状构造使得平面变压器有着如此多的优点和广泛的应用前景。对于现代拥有先进生产设备企业来说，生产特殊的形状构造的磁芯是一件很容易的事，而真正决定其拥有特殊性能的则是生产磁芯的磁性材料和对成型磁芯的处理方式，因此选择合适的磁性材料以及良好的制作工艺是保证平面变压器拥有良好品质的前提。
1.2软磁材料
磁性材料根据其自身特点，主要分为软磁材料和硬磁材料两种。在所有磁性材料中，软磁材料是应用比较广泛、种类比较多的一类磁性材料，它能够迅速响应外磁场的变化，能够以非常低损耗地获得很高磁感应强度且矫顽力低于100A/m的材料。一般软磁性材料拥有磁滞回线面积小且窄、矫顽力较小、起始磁导率和最大磁导率都较高的特点。外部因素如：杂质、温度、应力等对磁性材料磁导率和矫顽力的影响都较为明显。
1.2.1软磁合金
金属软磁材料一般以合金为主，称为软磁合金，其拥有较低矫顽力和较高磁导率的优点，饱和磁感应强度是软磁合金的重要性能参数。磁芯的必须要拥有良好的磁化率，而磁性体的高饱和磁感应强度和较小的磁化阻力小是实现高磁化率的保证，在实际生产中，减少磁芯内的杂质和去除加工应力则可以实现磁芯的高磁化率。
1.2.1.1软磁合金的磁特性：
(1)矫顽力(Hc)和磁滞损耗(Wh)低；
(2)电阻率(ρ)高，涡流损耗(We)很低；
(3)起始磁导率(μ0)和最大磁导率(μm)高；
(4)饱和磁感(Bs)高；
1.2.1.2软磁合金的种类
目前在工业上应用比较广泛的有四大软磁合金，它们是铁基软磁合金、Fe-Ni系软磁合金、非晶态软磁合金和软磁铁氧体合金四大类。
（1）铁基软磁合金
铁基软磁合金是指以铁为主要成分的软磁合金。常见的铁基软磁合金有硅钢、Fe-Si软磁合金和Fe-Si-Al软磁合金[1]。
（2）Fe-Ni系软磁合金
该软磁合金系是指Ni的质量百分比在30％～90％的二元合金，也称坡莫合金，通过改变合金元素比重以及合适的加工工艺，可在一定程度上改善合金的磁气性能，从而获得理想的磁气特性，如高导磁率。该系软磁有良好的塑性，是一种应力敏感型材料[1]。
（3）非晶态软磁合金
没有晶粒和长程无序是非晶态软磁合金的一大特点，该系软磁合金又被称为非晶金属。该系合金是一种具有较高的磁导率、较大的电阻率、较小的矫顽力和具有良好各向同性的应力不敏感型的材料，而且该系合金还具有较好的耐蚀和高强度的特点。相比于晶态软磁材料，非晶态软磁合金具有较低的磁性转变点，由于其众多的优点，该系合金具有非常广阔的应用和开发前景。
（4）软磁铁氧体
软磁铁氧体是铁氧体磁性材料中的一大类，具有高频低涡流损耗的优点，但是由于其饱和磁化强度比金属软磁材料低，其使用范围也受到了极大的限制。
1.2.2金属磁粉芯
在金属软磁材料中，金属粉末软磁材料无疑扮演着非常重要的角色。磁性金属粉末由于其颗粒粒径细小，而且在生产时一般用绝缘性粉末将其包裹，因此，材料一方面可以降低涡流损耗，因而适用于较高的工作频率； 另一方面由于粉末颗粒之间的间隙效应，使得材料具有低导磁率和恒导磁的特性[1]；又由于粉末颗粒粒径细小，使其发生集肤效应的可能性极小，而且磁导率也具有良好的宽频稳定性。在磁化时，大量的能量会存储在磁粉芯的分布气隙中，而磁粉芯中分布气隙则是由磁粉芯中的非磁性物质所导致。通过改变粉末颗粒尺寸、磁性材料与复合材料的比例使的带分布气隙的磁粉芯具有不同有效磁导率。
1.2.2.1磁粉芯的种类
按照磁芯材料的种类，可以将磁粉芯大致分为以下几类: 铁粉芯、Fe-Si-Al粉芯、高磁通密度粉芯、坡莫合金粉芯、铁氧体粉芯和非晶磁粉芯。金属磁粉芯在软磁材料系起着举足轻重的作用，由于其具有独特的性能，使其在各种电子电路中都得到了极为广泛的应用。小型化、智能化和集成化成为现代磁性器件的主要发展方向，也因此使磁性器件高频化、磁导率宽频稳定性和具有高品质因数成为了可能，相比于其他材料，由于金属磁粉芯自身独特的磁性能，使其在特殊场合的应用有着不可比拟的优势。
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