具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料及其制备方法与流程

本发明涉及电工材料技术领域，尤其涉及一种具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料及其制备方法。

背景技术：

发电机端部漏磁场作为寄生磁场，是引起发电机端部区边端铁心及各结构件发热，产生破坏性电磁力及引起机械振动的根源。发电机正常运行时，端部漏磁同总是要沿磁阻最小的路径通过，因此，定子和转子漏磁通的耦合主要集中在定子的压圈内圆，压指和端部最边端铁心齿处，导致这些部位附加损耗增大，温度升高。

附加损耗主要是漏磁通在金属材质内引起的涡流损耗，为了减小从轴向进入定子铁心的漏磁通和防止磁通在边缘铁心齿部过分集中，一般采取“抵磁”或是“聚磁”的方式来抑制漏磁通。对于大型汽轮发电机，通常采用铜板作为电屏蔽，或是采用硅钢片冲成无齿的扇形片叠成锥形作为磁分路。

而对于更高容量的发电机，则同时需要安装电屏蔽和磁屏蔽结合的屏蔽方式来减小发电机的端部轴向漏磁通，该安装方式结构复杂，增加了发电机端部结构的复杂性，因此如何保证屏蔽效果，同时减小端部结构的复杂程度成为一个亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的实施例提供了一种具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料及其制备方法，以实现有效地保证发电机端部的屏蔽效果。

根据本发明的一个方面，提供了一种具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料，包括：铜、铁、硅、铝、锰、磷和硫，所述铜的重量百分比为80％，所述铁铜合金材料导磁导电，并且所述铁铜合金材料的电导率为0.04572ωmm²/m。

进一步地，各个成分的重量百分比为：铜80wt.％、铁18.45wt.％、碳＜0.15wt.％、硅0.35wt.％、铝0.3wt.％、锰0.7wt.％、磷0.05wt.％、硫＜0.025wt.％。

进一步地，所述铜为电解铜，包含99.95％cu，所述铁为纯铁或a3钢，包含99.6％fe，所述硅为硅铁，包含si75％，所述锰为锰铁，包含mn65％，所述磷为磷铜。

根据本发明的另一个方面，提供了一种所述的具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料的制备方法，包括：

i.采用中频感应炉加热，炉衬选酸性炉衬，先往炉中分次加入工业纯铁并加热至1600℃左右；

j.待所述工业纯铁熔化后，往所述炉中先加入助焊剂或者玻璃，后加入0.6％的锰铁以便脱氧；

k.待所述锰铁脱氧后，往所述炉中分次加入铜，保持所述炉内温度不变，前三次加入铜的比例为之后加入铜的三分之一，前三次加入铜的时间间隔为三分钟，并伴随搅拌；随后每次等比例往所述炉中加入铜，并进行搅拌，使铜铁掺杂均匀；

l.加完铜料后，往所述炉中加入磷铜进行脱氧，加完磷铜后，再次往所述炉中加入锰铁脱氧；

m.加锰铁后，过几分钟往所述炉中加入硅铁；临浇铸前，向合金液中加入铝；

n.升高炉中温度至1700℃，打净炉中表面浮渣

o.合金浇注采用树脂砂模造型，在浇注时，先将浇包预热到1200℃左右，然后倒入合金熔体，浇注温度为1550-1600℃，浇注合金时应搅拌；

p.在合金体出炉时，用电机驱动风机，吹拂导磁导电的合金体表面；

升高炉中温度至800℃，保温6小时，随炉温自然冷却，得到具有低磁高导电率特性的的铁铜合金材料的铁铜合金材料。

进一步地，所述的铁铜合金材料用于发电机端部屏蔽结构。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明实施例的用于发电机端部屏蔽结构的铁铜合金材料以生产中常用的工业纯铁和电解铜为主量元素，采用砂型铸造法，制备发电机端部屏蔽结构件用铁铜合金材料，fe-cu合金具有成低导磁性、结构简单等特点。同时含有铜屏蔽的“抵磁”效果和磁屏蔽的“聚磁”效果，比仅仅采用单一铜屏蔽或是磁屏蔽的屏蔽效果大大增强，也降低了端部同时采用铜屏蔽和磁屏蔽结构的复杂程度。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种铁铜合金铸件示意图；

图2为本发明实施例提供的一种铁铜合金磁化曲线示意图；

图3为本发明实施例提供的一种铜铁合金组织图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

本发明实施例探求符合电磁性能要求的铁铜合金材料，提出了一种用于发电机端部屏蔽结构的具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料及其制备方法，本发明实施例给出了该铁铜合金材料的原料选择、成分设计以及制造工艺，利用实验手段观察分析合金的金相组织和断口形貌，分析了元素配比、热处理对合金材料电磁性能的影响。

本发明实施例提出的具有低磁高导电率特性的铁铜合金材料在原料选择方面通过调节主量元素，微量元素的配比，形成含cu量为80％的低导磁铁铜合金材料。

所述铁铜合金成分为：铜(cu)80wt.％、纯铁或a3钢(99.6％fe)18.45wt.％、碳(c)＜0.15wt.％、硅(si)0.35wt.％、铝(al)0.3wt.％、锰(mn)0.7wt.％、磷(p)0.05wt.％、硫(s)＜0.025wt.％。

原料选择：所述铜为电解铜，包含99.95％cu，所述铁为纯铁或a3钢，包含99.6％fe，所述硅为硅铁，包含si75％，所述锰为锰铁，包含mn65％，所述磷为磷铜，上述铝为铝片。

所述铁铜合金材料的电导率为0.04572ωmm2/m，其导磁性能为低导磁性。上述wt％表示重量百分率。

上述铁铜合金材料的制备方法包括如下的步骤：

a.采用中频感应炉加热，炉衬选酸性炉衬，先往炉中分次加入工业纯铁并加热至1600℃左右，以至熔化，首次投放的纯铁中应少量加入助焊剂；

b.待铁熔化后，先加入助焊剂或是玻璃，以防止铁氧化隔绝气体，随后加入约0.6％的锰铁以便脱氧；

c.锰铁脱氧后，经5分钟加入铜，分次加入铜，为防止凝固同时受热均匀，需保持炉内温度不变，前三次加入铜料的比例应为之后加入铜料的三分之一，前三次加入铜料的时间间隔约为三分钟，并伴随大幅搅拌；随后每次快速等比例加入铜料，并进行快速搅拌，尽量使铜铁掺杂均匀；

d.加完铜料后，加入磷铜进行脱氧；加完磷铜后，再次加入锰铁(炉料的0.1％)脱氧；

e.加锰铁后，过几分钟加入硅铁；临浇铸前，向合金液中加入少量的铝；

f.升高炉中温度，约为1700℃，打净炉中表面浮渣

g.合金浇注采用树脂砂模造型，在浇注时，先将浇包预热到1200℃左右，然后倒入合金熔体，浇注温度为1550-1600℃，浇注合金时应迅速搅拌，防止其分层，其铸件如图1所示。

h.在合金出炉时，用高速电机驱动风机，吹拂导磁导电合金体表面，避免合金表面过早氧化，形成气孔，影响后期加工。

i.加温至800℃，保温6小时，随炉温自然冷却。

将制备得到的导磁导电铁铜合金材料按照发电机端部屏蔽结构件尺寸加工成发电机端部屏蔽结构件，其电导率为0.04572ω·mm²/m，磁化曲线如图2所示。

综上所述，本发明实施例的用于发电机端部屏蔽结构的铁铜合金材料以生产中常用的工业纯铁和电解铜为主量元素，采用砂型铸造法，制备发电机端部屏蔽结构件用铁铜合金材料，fe-cu合金具有成低导磁性、结构简单等特点，原材料容易获得，制备工艺与热处理工艺合理简洁，满足实际工程的需要。

本发明实施例的铁铜合金材料采用导磁导电的金属屏蔽，同时含有铜屏蔽的“抵磁”效果和磁屏蔽的“聚磁”效果，比仅仅采用单一铜屏蔽或是磁屏蔽的屏蔽效果大大增强，有效地保证发电机端部的屏蔽效果，也降低了发电机端部同时采用铜屏蔽和磁屏蔽结构的复杂程度。

本发明实施例通过对铸态铁铜合金的金相组织分析得出：铜含量达到80％时，如图3可以看到其组织特征是在等轴的铁素体的晶界上基本上形成了有一定厚度的连续的网状结构，此时硬度有所下降，这是因为纯铜的硬度是很低的，当铜的含量达到一定量时，晶界处聚集了大量的铜，这种组织必然会导致铁铜合金的硬度下降。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。