专利名称：高频用高电阻率、高磁导率合金的最佳化学成分设计方法
技术领域：
本发明是关于软磁合金化学成份的设计方法。
在国外有用磁性原子比经验规律[1，2，3]来设计一般高磁导率合金的化学成份(电阻率ρ一般≯70μΩ·cm)，但没有专门对用于高频开关电源(频率在20KHz以上)的高电阻率高磁导率合金最佳化学成份进行设计的方法。
本发明的目的是要修正和发展“磁性原子比”理论，使之能按下列性能要求设计合金的最佳化学成份，该性能要求是ρ≥0.70μΩ·mμi≥37.5mH/m(30000Gs/Oe)Bs≥0.55T电阻率增大涡流损耗变小，对高频开关电源(20KHz)一般要求电阻率大于0.7μΩ·m，Bs增大，可缩小体积减轻重量，有利于小型化。
本
发明内容
(1)合金的“磁性原子比”应符合如下规律P1=CN i 磁CF e=CN i- Σ ［(Ai / μN i) - 1］C iCF e= 3.23 ± 0.79]]>P2＝∑AiCi＝28.16±5.64(at%)CFe＝12.81±2.50(at%)式中CNi、CNi磁为合金中Ni和磁性Ni原子的原子百分含量;
CFe为合金中Fe原子百分含量;
Ai，Ci为i种合金元素的价电数和原子百分含量;
μNi为Ni原子磁矩值;取0.6μB(μB为Bohr磁子数)。
(2)对常用添加元素的价电子数进行了验证，修正了Ta、Ti、Mn元素的价电子数，各添加元素的价电子数见表1。
＊Mn的价电子数见发明内容(3)＊＊取自[5](3)当Mn≤1.5at%时，Mn起“增Ni”作用，每个Mn原子对合金磁性的贡献为2.6μB＝(13/3)μNi。
含Mn合金的磁性Ni原子含量应为CNi磁＝CNi+( 13/3 )CMn-∑[(Ai/μNi)-1]Ci(4)在本发明合金中Fe原子磁短取2.6μB，这与文献[1]，[4]都不同。
(5)ρ≥0.7μΩ·m，μi≥3.75mH/m(30000Gs/Oe)Bs≥0.55T合金的最佳Ni含量公式为CNi＝76.36+∑(0.394Ai-1)CiWNi＝77.25+∑(13.36 (ni)/(mi) -0.772)Wi式中ni，mi，wi分别为i种添加元素每个原子可“中和”的Ni原子数，原子量和重量百分数，其中ni＝(Ai/μi)-1＝(Ai/0.6)-1。
表中列出了不同合金系的最佳Ni含量计算公式，它们经组合后也可适用于其它更多元、更复杂的合金。
(6)合金的Js(饱和磁化强度)的计算
式中μ为平均原子磁矩μ＝ 1/100 (CNi磁×μNi+CFe×μFe)＝ 1/100 ｛[CNi- 1/3 ∑(5Ai-3)Ci]×μNi+CFe×μFe｝＝ 1/100 ｛[CNi- 1/3 ∑(5Ai-3)Ci]×0.6+2.62×CFe｝Nar为Auogadro常数
d，m为合金的密度和平均原子量;
注Js和μ的计算公式与文献中一致，关键是我们取的Ai和μFe不同，故而得出的Js不同。
图中abcdef，为本发明的成份范围。
实施例(1)已知成份，预测性能表3中列出8种不同组元素的含量，计算P1，P2，CFe，符合磁性原子比规律，因而满足高频用高电阻率高磁导率要求。
(1)高电阻率，高μi合金的设计设计NiFeNb系合金，定P1＝3.18，P2＝28.66at%，则Nb含量为5.73at%，Fe为12.50at%，Ni81.77at%，换算成重量百分比，，其成份为Ni79.59Nb8.83Fe11.58其性能列于表4..
(2)用本发明方法验算71个ρ≥70μΩ·cm，μi≥30000Gs/Oe，Bs≥0.55T合金的Js值与实测值差＜0.05T的占67%(见附表一)
参考文献[1]R.D.Enoch，A.D.Fudge.Brit，JAP1966，17，623～634[2]R.D.Enoch.D.L.MorrellIEEEMAG-51969.5.(3)[3]G.Rassmann，U.HofmannJAP1968.17.603-605[4]戴礼智金属材料研究，1975.(2).141～149[5]东德专利No.67249(G.Rassmann)
权利要求
1.高频用高电阻率高磁导率合金的最佳化学成份设计方法，其特征在于当性能要求ρ≥0.7μΩ·m，μi≥37.5mH/m和Bs≥0.55T时。P1=CN i 磁CF e=CN i- Σ ［(Ai / μN i) - 1］C iCF e= 3.23 ± 0.79]]>P2=ΣAiCi=28.16±5.64(at%)CFe=12.81±2.50(at%)
2.按权利要求1所说的设计方法，其中常用添加元素Mo、Cu、Nb、Al、V、W、Si的价电子数与周期表位置一样，其特征在于添加元素Ta的价电子数修正为3.2、Ti为3.77。
3.按权利要求1所说的设计方法，其特征在于添加元素Mn的作用，当Mn≤1.5at%时，Mn起“增Ni”作用。每个Mn原子对合金磁性的贡献为2.6μB＝13/3μNi，所以含Mn合金的磁性Ni原子含量应为。CNi磁＝CNi+(13/3)CMn-∑[(Ai/μNi)-1]Ci
4.按权利要求1所说的设计方法，其特征在于该合金中Fe原子磁矩μFe＝2.62μB。
5.按权利要求1所说的设计方法，其特征在于当ρ≥0.7μΩ·m，μi≥37.5mH/m，Bs≥0.55T的合金最佳Ni含量公式为CNi＝76.36+∑(0.394Ai-1)CiWNi＝77.25+∑(13.36 (ni)/(mi) -0.772)Wi
全文摘要
本发明是关于高频用高电阻率高磁导率合金的最佳化学成分设计方法。目的是能按ρ≥0.70μΩ·m，μi≥37.5mH/m，Bs≥0.55T的性能要求设计合金的最佳化学成分。发明内容包括最佳化学成分时的磁性原子比规律；对Ta、Ti添加元素的价电子数的修正，当Mn≤1.5at％时，Mn的“增Ni”作用；Fe元素的原子磁矩值和本发明合金的最佳Ni含量计算公式。
文档编号C22C1/00GK1070232SQ9211055
公开日1993年3月24日 申请日期1992年9月17日 优先权日1992年9月17日
发明者陈国钧, 吕键 申请人:首钢总公司